探索 ISO1211 和 ISO1212：工業(yè)數(shù)字輸入模塊的理想之選

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程邏輯控制器（PLC）、電機驅(qū)動和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設備對于數(shù)字輸入模塊的需求日益增長。這些模塊需要具備高精度、高可靠性和高隔離性能，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。ISO1211 和 ISO1212 作為隔離式 24 - V 至 60 - V 數(shù)字輸入接收器，正好滿足了這些需求。今天，我們就來深入了解一下這兩款器件。

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器件概述

ISO1211 和 ISO1212 是高度集成的隔離式數(shù)字輸入接收器，符合 IEC 61131 - 2 類型 1、2 和 3 的特性要求。它們能夠接收 24 - V 至 60 - V 的數(shù)字輸入信號，并提供隔離的數(shù)字輸出，無需現(xiàn)場側(cè)電源。通過在輸入信號路徑上使用外部電阻 (R{SENSE})，可以精確設置從現(xiàn)場輸入汲取的電流限制，同時使用外部電阻 (R{THR}) 可以進一步調(diào)整電壓轉(zhuǎn)換閾值。

ISO1211 為單通道器件，采用 8 引腳 SOIC 封裝，適用于需要通道間隔離的設計；ISO1212 為雙通道器件，采用 16 引腳 SSOP 封裝，適合多通道且空間受限的設計。兩款器件都支持高達 4 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足高速應用的需求。

功能特性

1. 廣泛的輸入電壓范圍與兼容性

ISO121x 支持 9 - V 至 300 - V 的直流和交流數(shù)字輸入設計，通過使用外部電阻即可輕松實現(xiàn)。這使得它們能夠適應各種不同的工業(yè)環(huán)境和應用場景，為工程師提供了更大的設計靈活性。

2. 精確的電流限制

該器件具有精確的電流限制功能，對于類型 3 應用，電流限制范圍為 2.2 mA 至 2.47 mA，并且可調(diào)節(jié)至最大 6.5 mA。精確的電流限制有助于降低功耗，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

3. 無需現(xiàn)場側(cè)電源

ISO121x 無需現(xiàn)場側(cè)電源，這一特性大大簡化了系統(tǒng)設計，減少了組件數(shù)量，降低了成本。同時，也提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了潛在的故障點。

4. 高輸入電壓范圍與反向極性保護

輸入電壓范圍高達 ±60 V，并具備反向極性保護功能，能夠有效保護輸入引腳免受故障影響，即使在出現(xiàn)反向電壓的情況下，反向電流也可忽略不計。

5. 線斷檢測功能

支持線斷檢測功能（參考 TIDA - 01509），可以及時發(fā)現(xiàn)輸入線路中的故障，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

6. 可配置的輸入模式

可以配置為源型或漏型輸入，滿足不同應用場景的需求。

7. 高速數(shù)據(jù)傳輸

支持高達 4 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，能夠通過最小 150 ns 的脈沖寬度，確保高速操作的準確性。

8. 輸出信號復用功能

具有使能引腳（EN），可用于復用輸出信號，減少主機控制器的引腳數(shù)量，優(yōu)化系統(tǒng)設計。

9. 高瞬態(tài)抗擾度

具備 ±70 - kV/μs 的共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI），能夠有效抵抗瞬態(tài)干擾，保證系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運行。

10. 寬電源范圍與工作溫度范圍

電源范圍（(V_{CC1})）為 2.25 V 至 5.5 V，支持 2.5 - V、3.3 - V 和 5 - V 的控制器；環(huán)境溫度范圍為 - 40°C 至 + 125°C，適用于各種工業(yè)環(huán)境。

11. 安全相關(guān)認證

獲得了多項安全相關(guān)認證，如符合 DIN VDE V 0884 - 11 的基本絕緣認證、UL 1577 認可（2500 - (V_{RMS}) 絕緣）、IEC 60950 - 1、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1 和 GB 4943.1 - 2011 認證等，為系統(tǒng)的安全性提供了可靠保障。

應用領(lǐng)域

ISO1211 和 ISO1212 適用于多種工業(yè)應用場景，主要包括：

1. 可編程邏輯控制器（PLC）

可用于數(shù)字輸入模塊和混合 I/O 模塊，提高 PLC 的輸入精度和可靠性。

2. 電機驅(qū)動

在電機驅(qū)動的 I/O 和位置反饋系統(tǒng)中，能夠準確采集數(shù)字信號，確保電機的精確控制。

3. CNC 控制

為 CNC 控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數(shù)字輸入，保證加工精度和效率。

4. 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可靠地采集數(shù)字信號，為數(shù)據(jù)分析和處理提供準確的數(shù)據(jù)來源。

5. 二進制輸入模塊

作為二進制輸入模塊的核心組件，實現(xiàn)數(shù)字信號的隔離和處理。

設計要點

1. 電阻選擇

• (R_{SENSE}) 電阻：用于限制從現(xiàn)場輸入汲取的電流。對于類型 1 和類型 3 應用，推薦使用 562 Ω 的 (R{SENSE}) 電阻，典型電流限制為 2.25 mA；對于類型 2 應用，推薦使用 200 Ω 的 (R{SENSE}) 電阻，典型電流限制為 6 mA。電阻的公差建議為 1%，但如果允許電流限制值有較大變化，也可使用 5% 的電阻。
• (R_{THR}) 電阻：用于設置電壓閾值（(V{IL}) 和 (V{IH})）并限制浪涌電流。在類型 3 系統(tǒng)中，推薦使用 1 kΩ 的 (R{THR}) 電阻；在類型 1 系統(tǒng)中，推薦使用 2.5 kΩ 的 (R{THR}) 電阻；在類型 2 系統(tǒng)中，推薦使用 330 Ω 的 (R_{THR}) 電阻。

2. 熱考慮

熱性能是設計中需要重點考慮的因素之一。ISO121x 器件內(nèi)部的功耗由 SENSE 引腳的電壓（(V_{SENSE})）和器件汲取的電流（(INx + SENSEx)）決定。結(jié)合熱信息表中定義的結(jié)到空氣熱阻，可以計算出給定環(huán)境溫度下的結(jié)溫。結(jié)溫不得超過 150°C，因此在設計時需要根據(jù)實際情況合理選擇電阻值，以確保器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

3. 布局設計

• 兩層板布局：ISO1211 和 ISO1212 的電路板布局可以采用兩層板設計。在現(xiàn)場側(cè)，將 (R{SENSE})、(C{IN}) 和 (R{THR}) 放置在頂層，底層作為現(xiàn)場接地（FGND）平面。推薦使用 0603 封裝的 (R{SENSE}) 和 (C{IN}) 以實現(xiàn)緊湊布局，同時 (C{IN}) 應盡量靠近 ISO121x 器件。
• 引腳連接：ISO1211 的 SUB 引腳以及 ISO1212 的 SUB1 和 SUB2 引腳應連接到一個 2 mm x 2 mm 的浮動平面上，且該浮動平面不應連接到 FGND 或其他信號或平面，以保證良好的熱性能。
• 多層板布局：如果使用多層板，可以將兩個 ISO121x 器件背靠背放置在頂層和底層，以實現(xiàn)更緊湊的電路板設計，內(nèi)層可用于 FGND。

4. 電源推薦

為了確保在數(shù)據(jù)速率和電源電壓下的可靠運行，建議在 (V_{CC1}) 引腳旁邊放置一個 0.1 - μF 的旁路電容，且電容應盡可能靠近電源引腳。

測試與驗證

在設計完成后，需要對系統(tǒng)進行全面的測試和驗證，以確保其性能和可靠性。主要測試項目包括：

1. 電氣特性測試

測試 ISO121x 器件的電氣特性，如輸入電流、電壓閾值、輸出電壓等，確保其符合設計要求。

2. 開關(guān)特性測試

測試輸出信號的上升和下降時間、傳播延遲時間等開關(guān)特性，保證系統(tǒng)的高速性能。

3. 絕緣特性測試

測試器件的絕緣特性，如絕緣電阻、電容等，確保隔離性能良好。

4. 抗干擾測試

進行浪涌、靜電放電（ESD）和電氣快速瞬變（EFT）等抗干擾測試，驗證系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境下的穩(wěn)定性。

總結(jié)

ISO1211 和 ISO1212 作為高性能的隔離式數(shù)字輸入接收器，具有廣泛的輸入電壓范圍、精確的電流限制、無需現(xiàn)場側(cè)電源等眾多優(yōu)點，適用于各種工業(yè)應用場景。通過合理的電阻選擇、熱考慮、布局設計和全面的測試驗證，可以充分發(fā)揮這兩款器件的性能，為工業(yè)自動化系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的數(shù)字輸入解決方案。

各位工程師在實際應用中，是否遇到過類似器件的其他問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流，讓我們一起探索更多的設計思路和解決方案。