Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.

Sinyal İzolasyonu

---

Bu sayfa, B107AA‑R6 enerji analizörü ölçüm tarafı (3V3ISO, MAX78630 tarafı) ile ana kontrol tarafı (3V3, ana MCU tarafı) arasındaki dijital sinyal izolasyonunu şematikteki son topolojiye göre sabitler.

İzolasyonun hedefi:

• Güvenlik: HV ölçüm katmanına yakın bölgede oluşan transient’lerin MCU tarafına taşınmasını engellemek.
• Doğruluk: Analog ölçüm referansını (GNDISO) korurken, haberleşme ve alarm hatlarının deterministik çalışmasını sağlamak.
• EMC dayanımı: dv/dt ortamında haberleşme hatlarında yanlış tetikleme ve kilitlenme riskini azaltmak.

İzolasyon Topolojisi

R6’da tüm hatlar tek bir 4‑kanal dijital izolatör ile taşınır: 3 ileri / 1 geri yönlü topoloji.

• İleri (ISO → MCU): AL1, AL2, UART_TX
• Geri (MCU → ISO): UART_RX

Seçilen entegre:

• U10: TI ISO7741FDBQR (SSOP‑16)
  • 4 kanal, 3‑forward / 1‑reverse
  • yüksek CMTI sınıfı
  • fail‑safe idle‑HIGH davranışlı varyant (UART idle ve alarm default seviyeleri için uygun)

Bu sayfada “AL1/AL2” hatları, enerji ölçüm SoC’nin (MAX78630) alarm/interrupt çıkışları olarak değerlendirilmiştir ve MCU tarafında INT_ENERGY_1/2 olarak isimlendirilmiştir.

Sinyal Haritası

ISO tarafı (3V3ISO)	U10 kanalı	MCU tarafı (3V3)	Fonksiyon	Varsayılan seviye
ISO_AL1	A (FWD)	INT_ENERGY_1	Alarm/interrupt #1	HIGH (aktif‑LOW)
ISO_AL2	B (FWD)	INT_ENERGY_2	Alarm/interrupt #2	HIGH (aktif‑LOW)
ISO_UART_TX	C (FWD)	ENERGY_TX	UART TX (SoC→MCU)	HIGH (idle)
ISO_UART_RX	D (REV)	ENERGY_RX	UART RX (MCU→SoC)	HIGH (idle)

Besleme Alanları ve Decoupling

U10 iki ayrı besleme alanı ile çalışır:

• VCC1 = 3V3ISO, referans GNDISO
• VCC2 = 3V3, referans GND

Şematikte yerleşen decoupling:

• C54 = 100 nF (VCC1–GNDISO, U10’a yakın)
• C55 = 100 nF (VCC2–GND, U10’a yakın)

Decoupling boyutlandırma

Dijital izolatörlerde kanal anahtarlama anında geçici akım darbeleri oluşur. Yerel kapasitans ile ray düşümü yaklaşık:

$\Delta V \approx \frac{\Delta I\,\Delta t}{C}$

Muhafazakâr örnek (aynı anda 3 kanal anahtarlıyor varsayımı):

• $\Delta I \approx 15\,mA$
• $\Delta t \approx 50\,ns$
• $C = 100\,nF$

$\Delta V \approx \frac{15\,mA\cdot 50\,ns}{100\,nF}=7.5\,mV$

Bu değer 3.3 V rayı için küçüktür. Yine de sahada modem/röle darbeleri görülürse her iki tarafta ek 1 µF bulk (U10’a yakın) opsiyonel olarak eklenebilir.

Enable (EN) Mantığı

ISO7741 ailesinde EN1/EN2 pinleri kanalları kontrol eder. R6 topolojisinde:

• EN1 (ISO tarafı): ENERGY_COMM_ISO_EN
• EN2 (MCU tarafı): ENERGY_COMM_EN

Bu iki enable hattı, izolatörü devre dışı bırakıp güç/EMI davranışını iyileştirmek için kullanılabilir.

• Enable pinleri devre dışı iken çıkışlar fail‑safe davranışa göre belirli bir seviyeye (bu varyantta idle‑HIGH) oturur.
• UART hatları için bu, “boşta HIGH” koşulunu korur.

Not: Enable sinyallerinin hangi koşulda 1/0 olacağı sistem seviyesinde belirlenir. Donanım tarafında hedef: enable kapalıyken hatların floating kalmaması ve MCU girişlerinin deterministik seviyede kalmasıdır.

Pull‑up Seçimi ve Hatların Default Seviyesi

Şematikte her iki tarafta hatlar 47 kΩ ile yukarı çekilmiştir:

• ISO tarafı: R44, R45, R48 = 47 kΩ → 3V3ISO
• MCU tarafı: R49, R46, R47 = 47 kΩ → 3V3

Bu pull‑upların amacı:

• Izolatör devre dışı iken veya güç alanlarından biri kapalıyken, MCU girişlerinin floating kalmasını önlemek.
• Alarm hatları için “normalde HIGH” bekleme durumunu sabitlemek.

47 kΩ seçimi ile LOW seviyeye zorlandığında akım:

$I_{LOW}=\frac{3.3\,V}{47\,k\Omega}\approx 70\,\mu A$

Bu, hem güç tüketimini düşük tutar hem de hatların default seviyesini garanti eder.

EMI / Kenar Sönümleme

Şematikte her iki tarafta hatlara GND’ye doğru küçük kapasitörler eklenmiştir:

• ISO tarafı: C56, C57 = 33 pF → GNDISO
• MCU tarafı: C58, C59 = 33 pF → GND

Bu kapasitörler, hızlı kenarlı parazitleri bastırarak EMI davranışını iyileştirir.

33 pF’in veri bütünlüğüne etkisi

Dijital sürücünün her geçişte şarj ettiği kapasitif yük nedeniyle ortalama dinamik güç:

$P \approx C\,V^2\,f$

Örnek (UART veri hızı 1 Mbaud, yaklaşık $f\approx 1\,MHz$ geçiş ölçeği):

• $C=33\,pF$,
• $V=3.3\,V$,
• $f=1\,MHz$

$P\approx 33\,pF\cdot (3.3\,V)^2\cdot 1\,MHz \approx 0.36\,mW$

Eşdeğer ortalama akım:

$I\approx C\,V\,f=33\,pF\cdot 3.3\,V\cdot 1\,MHz\approx 0.11\,mA$

Bu değerler düşük olduğundan 33 pF, pratikte UART/AL hatlarını bozmadan EMI’yi iyileştiren “yumuşatma” işlevi görür.

Zamanlama / Gecikme Bütçesi

Asenkron UART

Asenkron UART’ta kritik olan, izolatör gecikmesinin bit süresine göre küçük kalmasıdır.

• 1 Mbaud için bit süresi: $T_{bit}=1\,\mu s$
• ISO7741 sınıfı bir izolatörde tipik yayılım gecikmesi: $t_p\sim 30\text{–}80\,ns$

Gecikme oranı:

$\frac{t_p}{T_{bit}}\approx \frac{80\,ns}{1\,\mu s}=8\%$

Bu, asenkron UART için pratikte güvenli bir aralıktır (daha yüksek baudrate hedeflerinde izolatör modeli + sürücü kenarları birlikte doğrulanmalıdır).

Alarm (Interrupt) Hatları

AL hatları active‑LOW kabul edildiğinde, MCU tarafında pull‑up ile HIGH’da bekler; alarm oluştuğunda LOW’a çekilerek kesme üretir.

• 47 kΩ pull‑up ile LOW akımı çok düşüktür (≈70 µA)
• 33 pF ile parazit darbe bastırma sağlanır

Eğer firmware tarafında “minimum pulse width” filtresi uygulanırsa sahada yanlış kesme riski daha da düşer.

Yerleşim Kuralları (PCB)

• Bariyer bölgesi: U10 izolasyon bariyeri boyunca GND ↔ GNDISO köprüsü olmamalı.
• Decoupling yakınlığı: C54/C55 U10 VCC pinlerine mümkün olduğunca yakın.
• Hat yönlendirme: TX/RX hatlarını uzun paralel yürütmeyin; HV switching izlerinden uzak tutun.
• ESD/TVS: Eğer hatlar konnektör üzerinden dış dünyaya çıkıyorsa, TVS’leri konektöre en yakın yerleştirin.

Komponent Seçimi

Seçilen İzolatör

Durum	Üretici	PN	Paket	Kanal	Yön	Not
Seçilen	TI	ISO7741FDBQR	SSOP‑16	4	3F/1R	Fail‑safe idle‑HIGH, yüksek CMTI

Alternatif İzolatörler

Alternatif	Üretici	Aile/PN	Kanal	Not
A1	Analog Devices	ADuM1401	4	3/1 yön varyantlarına dikkat
A2	Silicon Labs	Si8641/Si8642	4	CMTI ve fail‑safe varyant doğrulaması
A3	TI	ISO7841	4	Daha yüksek dayanım/opsiyonlar, maliyet artabilir

Alternatif seçerken üç şey sabit kalmalı: 3/1 yön, fail‑safe idle‑HIGH, 3.3 V çift besleme.

Pasifler

Grup	Ref	Değer	Paket	Not
Pull‑up	R44, R45, R48	47 kΩ	0402	ISO tarafı default
Pull‑up	R49, R46, R47	47 kΩ	0402	MCU tarafı default
EMI şönt	C56, C57, C58, C59	33 pF NP0/C0G	0402	Kenar yumuşatma
Decoupling	C54, C55	100 nF X7R	0402	U10’a yakın

Tahmini Maliyet Analizi

Aşağıdaki tablo, yalnızca izolasyon bloğu (U10 + pasifler + konektör opsiyonu) için kaba BOM maliyetidir. Fiyatlar tedarikçi ve adetle değişir; amaç hızlı kıyaslamadır.

Kalem	Adet	Birim (USD)	Tutar (USD)
4‑kanal izolatör (ISO7741 sınıfı)	1	1.6 – 4.0	1.6 – 4.0
Pull‑up direnç (47 kΩ, 0402)	6	0.003 – 0.010	0.02 – 0.06
EMI kapasitör (33 pF NP0, 0402)	4	0.008 – 0.030	0.03 – 0.12
Decoupling (100 nF X7R, 0402)	2	0.004 – 0.015	0.01 – 0.03
Konnektör (opsiyonel, J15)	1	0.20 – 0.60	0.20 – 0.60

Toplam (yaklaşık): 1.9 – 4.8 USD / kart

Not: Maliyet en çok izolatör tarafından belirlenir. Eğer fiyat/tedarik riski oluşursa aynı sınıfta ADuM/Si86xx alternatifleri ile yeniden kıyas yapılır.