使用數位隔離器保護您的測試設備

不只一次，我不幸遇到原型電路故障。這種情形雖然相當常見，但有幾次，我連接到電路的昂貴測試設備也跟著冒煙！由此可知，我們需要保護這些工具和測試設備與未經實證電路的連接，而隔離是一種不錯的方式。

我第一次的設備受損源於監測系統內的某種嚴重錯誤，導致太多電壓或電流找到路徑進入我的 USB 對 USART 轉換器，然後進入電腦的 USB 連接埠。電腦壞掉讓我不得不停下腳步去想：我是否應該做什麼避免這種情形發生？

針對 USART，答案非常明顯，而且不貴。我使用 SparkFun 的分接板，該板件與 DEV-09873 USB 橋接模組相當類似，所以我只需要將一個 STMicroelectronics 的 STISO621WTR 雙通道數位隔離器放在嵌入式系統的 Tx/Rx 線路和 USB 橋接的 Tx/Rx 線路之間 (圖 1) 即可。只需低於 $20 美元，就包含數個連接器和原型開發板，再加上 10 分鐘的焊接，我就可以保護數千美元的設備！

圖 1：STMicroelectronics 的 STISO621WTR 雙通道數位隔離器可以保護兩個單向通訊通道，並且拯救我的設備。(圖片來源：STMicroelectronics)

STISO621WTR 有趣之處在於已經過配置，能自行保護 USART。圖 1 顯示兩個通道如何以反向設置用於通訊，進而簡化配置或佈線問題。此隔離器提供 6 kV 電流隔離和超過 50 kV/µs 的共模暫態保護。此隔離器可以處理高達 100 Mbits/s 的數據傳輸率，因此甚至於可以用於高速應用。

另一個我發現可以加上額外隔離的位置是邏輯分析儀的輸入端。邏輯分析儀可能達數百至數千美元，但有時候其輸入端沒有很好的隔離能力。不幸的是，我曾弄壞一台用了十多年的邏輯分析儀，原因在於其電路的輸入保護最高僅 10 V，而我有個早晨糊裡糊塗地連接了 12 V 的訊號。此裝置沒有燒起來，但進行替換卻讓我的荷包大失血！

開發人員也可以藉由數位隔離方式，輕鬆保護邏輯分析儀的輸入端。保護測試設備會造成一些不便，因為該隔離器需要外接電源供應器。在測試電路和其他來源需要數條額外跳接線，以便驅動隔離器的兩端。通訊介面也是如此，但通常本來就有電源和接地線。

我用過 Texas Instruments 的四通道、一般用途數位隔離器 ISOW7844DWE (圖 2) 來保護測試設備。此隔離器可以支援高達 100 Mbits/s 的數據傳輸率，若您要連接至測試設備，這很重要。將 2 Mbit/s 數位隔離器放在 10 Mbit/s 邏輯分析儀的前端不太有意義。這讓我想到另一項重點，若您計畫在測試設備中加入隔離，必須確保不會對量測系統有不良影響，也就是有可能注入其他產物或問題，因此請小心。

圖 2：數據傳輸率對保護儀器的數位隔離器十分重要，ISOW7844DWE 可支援高達 100 Mbits/s。(圖片來源：Texas Instruments)

幾乎各種應用都有幾種數位隔離器可使用，若要針對您的應用找到適合的也不難。我在決定使用哪款隔離器時，常會交叉參考其覆蓋區，確保可以取得分接板以快速原型設計出解決方案。有時候 (例如保護邏輯分析儀)，我會以更複雜的方式處理，自行打造隔離板。

結論

測試設備和工具通常昂貴，而且是很重要的資產。許多開發人員只有一組，也就是我們需將莫非定律對測試設備的影響納入考量，以避免最糟的情況發生。所以，別在您身上重蹈覆轍：請使用數位隔離。但要謹慎，別讓隔離方式影響到量測系統本身。一旦完成保護，您就可以放輕鬆一些：電路失效或因不慎導致設備毀損的可能性已大幅降低。