光耦合器在并口长线传输中的应用简析

光耦合器作为一种具有高速传输特性的重要电子元件，近几年中在通讯领域中的应用频率有了明显提升。在今天的光耦合器知识分享中，我们将会为大家进行光耦在并口长线传输中的应用情况简析，希望能够对各位工程师的日常研发和设计工作带来一定帮助。

在并口设计过程中，为了防止出现因传输线长度增加而导致的干扰问题，工程师们往往会对传输线进行“隔离”和“浮地”处理。此时，如果我们采用光电隔离电路进行处理，那么可以有效的去掉数据交换的两设备之间的公共地线，使两设备电气隔离翻。同时，使用光耦进行隔离处理还有一个好处，那就是在电→光→电信号的转换中，就光电耦合器本身而言，只要其输入端有一定的电流，其输出端就能输出相应的数字信号。因此，逻辑电平的信号传递变成了固定的电流环中电流有否的状态传递。因此，我们如果适当进行低阻传输，使夹杂在信号中的电气噪声被完全限制在所选择的开关电流幅度内，就可有效地抑制干扰，提高信息传输的可靠性。并增加数据的传输距离。

在了解了并口光耦的抗干扰原理之后，我们应该如何进行光耦的选择呢？通常情况下，单芯片集成多路光耦的器件速度都比较慢，而速度快的器件大多都是单路的，大量的隔离器件需要占用很大布板面积，也使得设计的成本大大增加。在设计中，受电路板尺寸、传输速度、设计成本等因素限制，无法选用速度上非常占优势的单路光耦器件，在此我们所选用的是TLP521-4，如果有其他合适的光耦合器，工程师们也可以因设计要求进行选择。

图1 典型的TLP52l-4电路

上图中 ，图1所展示的是典型的TLP52l-4电路。这种光耦的具体转换时间参数见下文中所提供的表1。由下图表1中可知，光耦合器TLP521-4最大传输延迟时间为42μs，因此系统需要在1ms内完成8个字节的读或写，最大传输延迟时间已满足电路传输延迟时间的水平，因而在传输速度上完全能够满足长线传输的要求。通过对其输入端的控制，可使光耦按工作需要打开或关闭。当在输入控制端加高电平时，光耦正常工作。将输入端信号耦合到输出端，而当在输入控制端加低电平时，其输出端集电极开路三极管截止，对外呈高阻态。

表1

接下来我们就以光耦合器TLP52l-4为例，来看一下如何完成并口应用的电路设计。通过上文中的分析我们可以得知，在长线传输中，正是因为地线的交流阻抗特性，使得地线成了电路中事实上的最大噪声源。地线造成干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。由于发送和接收设备共用一段地线，会形成公共阻抗耦合。

综合上述因素的考虑，结合光耦合器TLP52l-4自身的工作特性，在本方案的设计中，我们主要采用光电隔离器TLP521-4对发送和接收设备进行电气隔离，对于减小交流阻抗的作用十分明显，进而增大传输电流，有效地抑制地线噪声。同时由于74LS244N的应用。总线驱动能力得到保障。下图图2为光耦发送和接收电路示意图。图2中，上半部两光耦自左向右传输信号，下半部两光耦自右向左传输信号，左端74LS244N通过静态存储器IDT7132与处理器进行数据交换，右端通过8255与处理器进行数据交换。

图2 光耦发送和接收电路示意图

在对这一光耦发送和接收电路的实验调试中，该电路的输入周期为100μs，其电路占空比为1/2的+5V方波，对一路光耦的输入端波形和经过20m长线后接收光耦的输出端波形以及经过74LS244整形后的波形进行记录。记录结果如图3所示。

（a）输入波形

（b）输出波形

（c）经过74LS244整形后的波形
图3

从上图图2所提供的输入输出波形比较来看，我们可以看到三者之间明显的区别。在经过了74LS244整形后，光耦电路能对输入波形中叠加的噪声干扰具有明显的抑制作用，使输出波形变得光滑且稳定，提高了输出信噪比。虽然由于光耦合器的转换时间问题，波形的占空比发生了微量变换，但是由于电路输入输出均是一种高低电平信号，因此并不会影响信号的正确传输。