Proteggere le apparecchiature di test con gli isolatori digitali

In più di un'occasione mi è capitato che la circuiteria dei miei prototipi non funzionasse come doveva. È piuttosto comune, ma diverse volte, per questo motivo, le costose apparecchiature di test che avevo collegato sono andate in fumo. Naturalmente dobbiamo proteggere i nostri strumenti e le nostre apparecchiature di test da circuiterie non collaudate e un ottimo modo per farlo è l'isolamento.

La prima volta che mi si è danneggiata un'apparecchiatura, era successo qualcosa di veramente grave al sistema che stavo monitorando ed era passata troppa tensione o corrente dal circuito, attraverso il convertitore USB-USART, fino alla porta USB del computer. Un computer rotto è sicuramente un buon motivo per fermarsi e chiedersi: "Cosa avrei potuto fare per proteggerlo?".

Per una USART, la risposta era piuttosto semplice e neanche molto costosa. Usavo una scheda di breakout di SparkFun molto simile al modulo ponte USB DEV-09873 e mi sarebbe bastato inserire un isolatore digitale a due canali STISO621WTR di STMicroelectronics tra le linee di trasmissione/ricezione dei sistemi embedded e quelle del ponte USB (Figura 1). Per un costo inferiore a 20 dollari avrei potuto acquistare alcuni connettori e una scheda prototipo e con solo 10 minuti di saldatura avrei risparmiato migliaia di dollari di apparecchiature!

Figura 1: L'isolatore digitale a due canali STISO621WTR di STMicroelectronics protegge due canali di comunicazione unidirezionali e avrebbe potuto salvare la mia apparecchiatura. (Immagine per gentile concessione di STMicroelectronics)

L'aspetto interessante di STISO621WTR è che ha già una configurazione pensata per proteggere una USART. La Figura 1 mostra che i due canali sono impostati per la comunicazione in entrambe le direzioni in modo da semplificare il layout ed evitare problemi di cablaggio. L'isolatore fornisce 6 kV di isolamento galvanico e oltre 50 kV/µs di protezione dai transitori in modo comune. L'isolatore è inoltre in grado di gestire velocità dati fino a 100 Mbit/s e quindi può essere utilizzato anche in applicazioni ad alta velocità.

Un'altra area che secondo me spesso può fare uso di isolamento aggiuntivo è l'ingresso degli analizzatori logici, che possono arrivare a costare diverse centinaia o migliaia di dollari e a volte non dispongono di un buon isolamento agli ingressi. Purtroppo una volta ho danneggiato un analizzatore logico che avevo da più di dieci anni, perché la protezione dell'ingresso del circuito arrivava solo fino a 10 V, e una mattina che ero ancora insonnolito l'ho collegato a un segnale a 12 V. Il dispositivo non andò in fumo ma lo fece il mio portafoglio, perché dovetti sostituire l'unità!

Gli sviluppatori possono proteggere abbastanza facilmente gli ingressi degli analizzatori logici utilizzando, ancora una volta, un isolatore digitale. Per proteggere le apparecchiature di test, però, questa metodologia è spesso alquanto scomoda, perché gli isolatori richiedono un alimentatore esterno e quindi spesso anche alcuni ponticelli in più dalla circuiteria di prova e da un'altra sorgente per alimentare entrambi i lati. Per un'interfaccia di comunicazione è comunque necessario farlo, ma l'alimentazione e le messe a terra sono in genere già presenti.

Un isolatore che ho utilizzato per proteggere la mia apparecchiatura di test è l'isolatore digitale a quattro canali per uso generale ISOW7844DWE di Texas Instruments (Figura 2). Questo isolatore può supportare velocità dati fino a 100 Mbit/s, un aspetto importante se si collega un'apparecchiatura di test. Non avrebbe molto senso inserire un isolatore digitale a 2 Mbit/s sul front-end di un analizzatore logico a 10 Mbit/s. E questo ci porta a un altro aspetto importante: se decidete di aggiungere un isolatore all'apparecchiatura di test, verificate che non influisca negativamente sul sistema di misurazione, perché è possibile che si aggiungano artefatti o si creino problemi. Quindi fate attenzione.

Figura 2: Le velocità dati sono importanti per gli isolatori digitali utilizzati per proteggere la strumentazione. ISOW7844DWE può supportare fino a 100 Mbit/s. (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

Ci sono isolatori digitali per quasi ogni applicazione che vi viene in mente, ed è piuttosto semplice trovarne uno adatto alle vostre esigenze. Quando devo proteggere la mia apparecchiatura, spesso verifico l'ingombro dell'isolatore per essere certo di riuscire a trovare una scheda di breakout e creare in poco tempo il prototipo di una soluzione. In alcuni casi, ad esempio per proteggere l'analizzatore logico, le cose sono un po' più complesse e mi fabbrico da solo la scheda di isolamento.

Conclusione

Le apparecchiature e gli strumenti di test sono in genere risorse costose e importanti. Molti sviluppatori non hanno uno strumento o un'apparecchiatura di scorta e quindi devono sperare che la legge di Murphy non si abbatta sulla loro apparecchiatura nel momento peggiore possibile. Non fate come me: usate un isolatore digitale. Verificate solo che non influenzi negativamente il sistema di misurazione. Una volta realizzata la protezione, potete rilassarvi un po': le possibilità che una circuiteria difettosa o la mancanza di attenzione danneggi la vostra apparecchiatura sono decisamente inferiori.