普通光耦做高速通信隔离，TIP521，隔离串口115200bps

centrineer · 发表于 2013-7-19 20:09:27

本帖最后由 centrineer 于 2013-7-19 20:08 编辑

普通光耦做高速通信隔离

最近在做多机通信，两个芯片之间的电源需要相互独立，所以通信需要做隔离，手头没有高速光耦，又加上经济问题不舍得买，考虑拿普通光耦来做隔离，问题来了，如图1-1，一般pc817，tlp521开关速度超过10KHz信号衰减就很明显了。

图1-1

所以大部分时候按照图1-2的电路来做通信隔离，5v电源时R4选3K通信速度最快，这个时候实际5v单片机串口通信速度能够达到14400bps，当然，在3v供电的情况下，可以减小R4到2K。但是这个电路有个明显的缺点，突破了TLP的速度极限后，通信波形会失真，所以串口通信的误差会很大，导致通信误码率上升。

图1-2

在实际应用中，如果是硬件串口，测试使用9600bps，通信是正常的，但是超过9600后，通信效果随单片机的型号存在差异。
如果更高的通信速率，那么通常情况下就需要选择高速光耦，像6N138就能达到100Kbit/S，还有更高速度的光耦，但是价格也是翻好几倍。自己玩的话一是成本高，主要的是一般不会常备，所以我们就需要找替代的器件，刚开始我选择用红外对管做，但是效果是一样的，后来改了思路，能不能借鉴高速光耦的内部结构呢？
答案是肯定的，如图1-3，为高速光耦6n138内部结构图。

图1-3

于是根据该电路就有了如图1-4的电路。

图1-4

测试结果表明。该电路在115200bps波特率下，通信正常。串口助手发送几百行数字，没有发现误码。在9600bps波特率下，与单片机通信了一下午，没有发现异常，但是不保证长期的稳定性，同样，产品的话不好说行不行，测试使用该电路可以，还有那些像我一样的穷孩子。

hailing · 发表于 2013-7-19 23:40:11

你贴的6n138里面是光敏二极管，速度比光敏三级管快一个数量级以上。要用光敏二极管

centrineer · 发表于 2013-7-19 23:54:43

hailing 发表于 2013-7-19 23:40
你贴的6n138里面是光敏二极管，速度比光敏三级管快一个数量级以上。要用光敏二极管 ...

借鉴电路，就是用tlp521,速度达到100kbit/s

fiddly · 发表于 2013-7-20 07:46:27

嗯，相当输出增加一级放大整形。

ilikemcu · 发表于 2013-7-20 09:38:38

这样的好帖，看了不顶不厚道

JamesErik · 发表于 2013-7-20 09:52:00

条件准许的话用隔离芯片吧

475627406 · 发表于 2013-7-20 11:58:29

那个仿真图R3 = 1k 合适不？？？

liuruoshui · 发表于 2013-7-20 12:24:50

好贴顶一下！备用。

ywl0409 · 发表于 2013-7-20 12:55:51

关键在于看输出信号的失真度，而不是看通信试验强度的大小。

centrineer · 发表于 2013-7-20 13:53:14

475627406 发表于 2013-7-20 11:58
那个仿真图R3 = 1k 合适不？？？

太大了不行，看供电电压

centrineer · 发表于 2013-7-20 13:53:54

ywl0409 发表于 2013-7-20 12:55
关键在于看输出信号的失真度，而不是看通信试验强度的大小。

还是可以接受的

kevin_me · 发表于 2013-7-20 13:56:44

电源隔离了吗？地共在一起白隔离了。不过lz的思路很好。

lihui_mc · 发表于 2013-7-20 16:47:05

按照楼主的电路，分析一下，提高开关速度的方法：
1，通过减小光敏三极管的负载电阻，可以提高开关速度，所以楼主的电路从10k变为1K了
2，负载电阻减小了，而要使三极管工作于开关状态，则光敏三极管必须工作在更深的饱和区，但这会使三极管的开关速度变慢，是矛盾的。所以加了一级放大。光敏三极管工作在浅饱和区来优化开关速度。

centrineer · 发表于 2013-7-20 20:55:48

kevin_me 发表于 2013-7-20 13:56
电源隔离了吗？地共在一起白隔离了。不过lz的思路很好。

正常使用是要隔离的，为了方便临时搭的仿真

centrineer · 发表于 2013-7-20 20:56:39

lihui_mc 发表于 2013-7-20 16:47
按照楼主的电路，分析一下，提高开关速度的方法：
1，通过减小光敏三极管的负载电阻，可以提高开关速度，所 ...

cyr_hongfeng · 发表于 2013-7-20 21:03:33

可以试试磁隔离

ilan2003 · 发表于 2013-7-20 21:24:44

TLP521已经停产买不到了

oste_ · 发表于 2013-7-21 03:26:20

好帖，顶一下，顺便记号一下。

USACH · 发表于 2013-7-21 08:40:16

ilan2003 发表于 2013-7-20 21:24
TLP521已经停产买不到了

这个不可能啊，最常用的光耦。

xinjihua · 发表于 2013-7-21 08:57:45

lz的思路很好。

honami520 · 发表于 2013-7-21 10:43:43

收下了。觉得多进行试验，可以用于产品啊。

rifjft · 发表于 2013-7-21 13:03:12

这是最经济的解决方案。不过只适合高频率。　频率低了貌似不行，几年前仿真过。

增大光耦的负载电阻，可以减小输出端占空比受影响。带来的问题是高频时，高、低电平不能满足。而增加一级三极管，可以解决这问题。不过低频就……

lihui_mc · 发表于 2013-7-31 17:50:38

我用PC817光耦，也有115200的波特率，R1和R2改成2.4k

RAMILE · 发表于 2013-7-31 20:25:51

记得有人谈过光耦增速的方法，主要有两条

1使用共集电极方式，信号从发射极引出；
2发射极电阻适当小一些；

另外PC817的速率比TLP521快一些

iversonY · 发表于 2013-8-5 17:10:49

虽然用不上高频，还是顶楼主跟13楼

zhangshixing · 发表于 2013-8-5 18:01:07

本来集电极输出的，速度慢，现在换成射极输出了速度很高，再加上高速三极管反相，有意思啊。

wthzack · 发表于 2013-8-20 00:13:09

收下了謝謝

ibmx311 · 发表于 2013-8-20 00:33:57

楼主先生,我不信6N137什么的你买不起,就说不想用好了
最重要的是,总哭穷的人真的会变穷的,真的

ren0214 · 发表于 2013-8-20 17:10:44

楼上大虾不要那样说。还等大虾说说偶数倍频呢。
正好前些天遇到差不多一样的问题。就是想用个小封装，速度慢点的，便宜些的，而没有用6N137。还以为节省了。但实际因为6N137量大，反而价格很低，才1.5元左右。
结果小封装换了，就换出速度问题了。我现在把经验和大家分享。这些经验，真的是好基础的呀！我也是把三极管IC图，又研究了好多遍。
1，速度。一般光耦，如521，181之类，合适的电路，轻松超过100K。所谓合适，也就是发射管限流电阻合适，负载电阻（上拉或下拉，应该没区别，但正好上升下降沿反过来，有一边速度慢）合适，再加一个三极管放大。不用三极管只用光耦，合适的电阻，延时有5-10us。稍微不合适的电阻，就会到30US。
2，合适的电阻，是指限流电阻相对于IB，负载电阻相对于IC。光耦本身有个CTR。光耦必须工作与浅饱和或不饱和才速度快。再加上放大用三极管，调整好电平。放大三极管也有一样速度的问题，但简单一些。可参考有关三极管加速电路。就光耦来说，可以是大些的限流电阻，不太大的负载电阻；或很大的限流电阻，比较大的负载电阻；都可以高速。如果是比较大的限流电阻，比较小（需和后面的电路配合）的负载电阻，只看波形的话，延时可到1US。注意，我所有说的延时，都是对光耦说的，不是从源端说的，因为示波器没有两个一起看，只是看方波的对称波形。虽然差异小，严格说还是不一样的。
3，一般是单片机驱动，发射管速度还可以，可以不用电容加速。接收放大部分，需要考虑一下加速电路。简单匹配一下，不过10US延时，一般用用还可以了吧。
4，做个参考：某光耦参数类似181，速度10US左右级别，CTR:300左右，都是5伏电，限流1.2K，负载820欧。输出电平接近4伏变化，延时10US。如负载490欧姆，延时5US。限流2.2K，负载490欧姆，延时1US，但变化电平只有2伏左右。特别提醒一下，光耦的CTR变化范围大呀。

centrineer · 发表于 2013-8-20 21:24:34

ibmx311 发表于 2013-8-20 00:33
楼主先生,我不信6N137什么的你买不起,就说不想用好了
最重要的是,总哭穷的人真的会变穷的,真的 ...

也是说着玩的，因为仅仅为了买两个6n137，要花去10元邮费总感觉不值，说实话前几天买东西顺便买了几个，还没有使用，DIY的乐趣在于用低端的东西完成高端的任务，要是仅仅为了用就没有意思了是不。

ANDR0ID · 发表于 2013-8-20 21:56:48

好贴，顶一下，留个记号。

zj_871112 · 发表于 2013-8-21 08:53:00

好帖子~又学到一招~

田园牧歌 · 发表于 2013-8-21 13:01:55

4N25呢？有谁用过4N25？最高做到什么速率？波形失真怎样？

randyzzy · 发表于 2013-8-21 13:04:59

一直不明白该如何提高光耦的速度，受教了。

turf456 · 发表于 2013-8-21 13:14:32

学习

chenwei1919 · 发表于 2013-8-21 16:21:59

思路不错，我用521最高只调到19200

xinghuifly · 发表于 2014-2-23 16:37:47

收藏了，感觉以后可能会用到！

TANK99 · 发表于 2014-2-23 19:14:14

之前用过6N137。

Xujuango · 发表于 2014-2-23 21:48:36

普通光耦提速

lidreamer · 发表于 2014-3-4 23:31:34

好贴，必顶

Rain0805 · 发表于 2014-3-7 17:31:31

好帖，必定....................必定...........

cld795 · 发表于 2014-3-15 22:58:16

楼主好

boboo · 发表于 2014-3-15 23:58:34

我用的hcpl072

陶新成 · 发表于 2014-3-16 08:30:10

提问一下，两套独立电源的多机通讯必须要隔离吗，我做过在两个各单片机的串口前增加485，这么做的目的就是防止串口通讯误码率太高，我们用了很长时间，效果很好，而且传输距离也有保障

weijia · 发表于 2014-3-16 08:37:03

得试试看，理论上可以，失真应该比较严重。

diyer_zhou · 发表于 2014-3-27 00:54:44

收藏了

mypear · 发表于 2014-4-7 23:17:45

关注，最近也在搞光耦隔离。用PS2501

Earthman · 发表于 2014-4-7 23:34:48

mark，手头有这个，但没有高速光耦，可以应急

机器人天空 · 发表于 2014-4-7 23:43:52

哈哈，好贴，收藏了

mypear · 发表于 2014-4-10 09:29:32

三极管5551基极不加限流电阻，整个VCC加在基极，再过发射极倒地，这安全么？

centrineer · 发表于 2014-4-10 11:52:36

mypear 发表于 2014-4-10 09:29
三极管5551基极不加限流电阻，整个VCC加在基极，再过发射极倒地，这安全么？ ...

如果器件是完好的话，不会出问题的。
VCC是5V的，所以可以求出发射边电流Ic = 1.3mA左右。
查看TLP521的手册，可以从CTR看到，Vce = 5V、Ic =1.3mA时，CTR大概为170%

所以计算发射端电流If = Ic*CTR = 2.21mA。验证一下。

根据手册也可以看到Vce=5V时，Ic=1.3mA，If为2mA左右。

凡事不可强求 · 发表于 2014-4-10 12:42:15

好贴啊，学习啦，谢谢楼主！

lxil2009 · 发表于 2014-4-10 13:49:54

先收藏了

洋芋擦擦 · 发表于 2014-9-17 20:43:17

mark 一下吧看看挺有意思

zhq0571 · 发表于 2014-9-17 20:52:10

收藏了，谢谢

hndyk · 发表于 2014-11-11 21:53:19

好贴，真是受益非浅。

MINI2440 · 发表于 2014-11-11 22:33:18

这个必须要顶！@！@@@@

yzz163 · 发表于 2014-11-19 20:25:31

ADU1201 等，1M -10M 随便选，电路清爽。光耦量产以后就哭吧。

luanma123 · 发表于 2014-11-19 21:53:45

好想法，搞技术的就应该用低端东西玩出高端货那才有意思

online9930 · 发表于 2014-12-5 18:38:45

只用一个光耦PC817(SHARP原装)，没有三极管时，我测试最高只到19200BPS,R2,3.9K

ningsnail · 发表于 2014-12-5 20:23:31

标记一下，后面试试！

cddyy · 发表于 2014-12-5 21:22:00

这么折腾，ADUM1201一片3块多，电路超简单，速度又快，为什么不用呢？

babysnail · 发表于 2014-12-5 22:11:15

cddyy 发表于 2014-12-5 21:22
这么折腾，ADUM1201一片3块多，电路超简单，速度又快，为什么不用呢？

817 2毛，满大街，你说为什么呢？呵呵

cddyy · 发表于 2014-12-5 22:48:07

817我也用啊，PC,EL都用过，通信时我会用ADUM1201，速度快，稳定，电路简单。其他方面肯定是817的天下。

laojiao · 发表于 2014-12-5 22:55:12

用6N137或者ADI磁隔产离也行

dzrs0620 · 发表于 2014-12-5 23:01:52

10khz???貌似我用EL817，500Hz就是极限了

wujh · 发表于 2014-12-6 00:38:58

一般的工程设计，元件的费用所占比例还是比较低的，部分关键元件的正确采用会更有助于项目的快速推进。

小徐 · 发表于 2014-12-13 12:49:58

试试磁隔离

kickdown · 发表于 2015-12-16 01:01:26

RAMILE 发表于 2013-7-31 20:25
记得有人谈过光耦增速的方法，主要有两条

1使用共集电极方式，信号从发射极引出；

翻老贴长知识，请问为何从发射极引出就能快了呢？26楼也证明了这一点

RAMILE · 发表于 2015-12-16 10:05:34

kickdown 发表于 2015-12-16 01:01
翻老贴长知识，请问为何从发射极引出就能快了呢？26楼也证明了这一点

共集电极电路输出阻抗低

没有米勒电容效应

lpfswadr · 发表于 2015-12-18 10:06:02

LZ的思路很好！不过521已经停产了。

在一些低成本的方案上面这个还是有用的。
如果条件允许还是磁隔离比较好，现在磁隔离已经白菜价了。

zgl_mcu · 发表于 2017-9-16 14:35:09

谢谢楼主，参考你的电路用817做了一个串口隔离，波特率可达到128000，极限。R2 R1分别470欧，R3：100欧。

qmsolo2004 · 发表于 2017-9-17 19:50:24

谢谢楼主分享！

li4512369 · 发表于 2017-9-17 22:43:29

一直没有时间做这个实验，收了，谢谢

kickdown · 发表于 2017-11-5 16:31:06

centrineer 发表于 2014-4-10 11:52
如果器件是完好的话，不会出问题的。
VCC是5V的，所以可以求出发射边电流Ic = 1.3mA左右。
查看TLP521的 ...

楼主，您52楼关于If和Ic的说明是不是将两个值写反了呢？CTR应该是Ic/If的值吧，类似三极管的b值

kickdown · 发表于 2017-11-5 17:33:08

重新又仔细读了一遍大家的回复，纠正了一个一直以来的认识误区：并不是副边电流越大，饱和程度越高；而是看在If电流在该区域附近小范围变化时，是否能调整Ic（其实就是副边管压降是否还能调整）。

su33691 · 发表于 2017-11-5 22:02:57

垃圾光耦也能玩出花样儿。mark。

polarbear · 发表于 2017-11-5 22:45:09

上面的网友说的，让光耦工作在浅饱和区，那么批量生产时，光耦的离散型会不会影响电路的效果；导致有些光耦不导通？

kv2004 · 发表于 2017-11-6 09:12:51

三极管换MOS行不?

sonsun211 · 发表于 2018-7-4 13:55:24

fiddly 发表于 2013-7-20 07:46
嗯，相当输出增加一级放大整形。

这才是加速原理

gleam12315 · 发表于 2018-7-6 09:16:48

业余使用ADUM系列的路过。

ZHAOBAO511 · 发表于 2018-9-17 17:25:51

不错，收了。

a673261839 · 发表于 2018-9-19 13:48:34

好贴，收藏了

普通光耦做高速通信隔离，TIP521，隔离串口115200bps

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