Protéger ses équipements de test à l'aide d'isolateurs numériques

Plus d'une fois, j'ai malheureusement dû me débattre avec des circuits prototypes défectueux. Cette situation est relativement courante, mais à plusieurs reprises, des équipements de test onéreux qui étaient connectés aux circuits sont également partis en fumée ! De toute évidence, il faut protéger ses outils et ses équipements de test de tout circuit non éprouvé, et l'isolement est un excellent moyen d'y parvenir.

La première fois que j'ai rencontré un problème d'équipement endommagé, quelque chose avait mal tourné au niveau du système que je surveillais et trop de tension ou de courant circulait du circuit vers le port USB de mon ordinateur, en passant par mon convertisseur USB-USART. Un ordinateur endommagé incite à s'arrêter et à se demander : « Qu'aurais-je pu faire pour protéger mon ordinateur ? »

Pour un USART, la réponse était relativement simple et peu coûteuse. J'utilisais une carte Breakout de SparkFun très similaire au module de pont USB DEV-09873 et tout ce que j'avais à faire était de placer un isolateur numérique à deux canaux STISO621WTR de STMicroelectronics entre les lignes d'émission/réception des systèmes embarqués et celles du pont USB (Figure 1). Pour littéralement moins de 20 USD, notamment pour quelques connecteurs et une carte prototype, et 10 minutes de soudure, j'aurais pu économiser plusieurs milliers de dollars d'équipements !

Figure 1 : L'isolateur numérique à deux canaux STISO621WTR de STMicroelectronics protège deux canaux de communications unidirectionnels et aurait pu sauver mes équipements. (Source de l'image : STMicroelectronics)

L'intérêt de l'isolateur STISO621WTR est qu'il est déjà configuré pour protéger un USART. La Figure 1 présente la configuration des deux canaux pour une communication dans des directions opposées, ce qui simplifie les questions de disposition et de câblage. L'isolateur fournit 6 kilovolts (kV) d'isolation galvanique et une protection contre les transitoires de mode commun de plus de 50 kV par microseconde (kV/µs). Étant donné que l'isolateur peut également traiter des débits de données jusqu'à 100 mégabits par seconde (Mb/s), il peut même être utilisé dans des applications haute vitesse.

Autre zone qui, selon moi, pourrait souvent être davantage isolée : l'entrée des analyseurs logiques. Un analyseur logique peut coûter de plusieurs centaines à plusieurs milliers de dollars et l'isolement de son entrée peut parfois laisser à désirer. J'ai malheureusement déjà endommagé un analyseur logique que je possédais depuis plus de dix ans, car la protection d'entrée du circuit n'atteignait que 10 V et par étourderie je l'ai accidentellement connecté à un signal de 12 V. Ce n'est pas le dispositif qui est parti en fumée, mais mon portefeuille lorsqu'il a fallu le remplacer !

Les développeurs peuvent assez facilement protéger les entrées de leurs analyseurs logiques à l'aide, une fois de plus, d'un isolement numérique. Protéger des équipements de test peut souvent se révéler moins pratique, car les isolateurs nécessitent une alimentation externe. Quelques raccordements supplémentaires sont souvent nécessaires depuis le circuit de test et une autre source afin d'alimenter les deux côtés de l'isolateur. Pour une interface de communication, ce processus doit également être réalisé, mais l'alimentation et la mise à la terre sont généralement en place de toute façon.

L'isolateur numérique à quatre canaux à usage général ISOW7844DWE de Texas Instruments fait partie de ceux que j'ai utilisés pour protéger mes équipements de test (Figure 2). Cet isolateur peut prendre en charge des débits de données jusqu'à 100 Mb/s, ce qui est important si vous le connectez à un équipement de test. Installer un isolateur numérique de 2 Mb/s sur le circuit d'entrée d'un analyseur logique de 10 Mb/s n'aurait pas beaucoup de sens. J'en arrive ainsi à un autre point important : si vous envisagez d'ajouter un isolement à vos équipements de test, veillez à ce qu'il ne nuise pas au système de mesure. Il est possible d'introduire des artefacts ou des problèmes, alors faites attention.

Figure 2 : Les débits de données sont importants pour les isolateurs numériques utilisés pour protéger les instruments, et l'ISOW7844DWE peut prendre en charge jusqu'à 100 Mb/s. (Source de l'image : Texas Instruments)

Il existe un grand nombre d'isolateurs numériques pour quasiment toutes les applications imaginables et trouver celui qui correspond à la vôtre est relativement simple. Lorsque je cherche à protéger mes équipements, je compare souvent l'empreinte de l'isolateur pour m'assurer de trouver une carte Breakout afin de pouvoir rapidement réaliser le prototype d'une solution. Dans certains cas, comme pour la protection d'un analyseur logique, je vais un peu plus loin et je construis ma propre carte d'isolement.

Conclusion

Les équipements et les outils de test sont typiquement des ressources importantes et coûteuses. De nombreux développeurs ne possèdent qu'un équipement, ce qui signifie qu'il faut tenir compte de la loi de Murphy pouvant toucher les équipements de test au pire moment envisageable. Alors ne faites pas comme moi, utilisez un isolement numérique. Assurez-vous simplement que l'isolement ne nuit pas au système de mesure. Une fois la protection en place, vous pouvez vous détendre un peu : le risque qu'un circuit défectueux ou un moment d'inattention endommage vos équipements est considérablement réduit.