隔離發(fā)展趨勢下的國際標(biāo)桿數(shù)字隔離器

數(shù)字隔離器是一種在電氣隔離器狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳遞的器件，充當(dāng)提供電流隔離數(shù)字信號(hào)路徑的基本功能。電子系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行傳遞時(shí)，數(shù)字隔離器使其且具有很高的電阻隔離特性，以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離。

之所以引入隔離，是為了滿足安全法規(guī)或者降低接地環(huán)路的噪聲等。電流隔離確保數(shù)據(jù)傳輸不是通過電氣連接或泄漏路徑，從而避免安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，不可避免的，隔離會(huì)帶來延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。數(shù)字隔離器的目標(biāo)是在盡可能減小不利影響的同時(shí)滿足安全要求。目前數(shù)字隔離器主要有光耦型隔離器、磁耦型隔離器、容耦型隔離器三種類型。

此前最常見的光耦數(shù)字隔離器雖然能滿足常見隔離要求，但壽命短功耗大，目前被逐步取代。容耦采用片上電容原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，壽命長、功耗低、傳輸速率高。磁耦型在容耦的基礎(chǔ)上能額外傳遞能量，可以極大拓展隔離器的應(yīng)用領(lǐng)域。

TI數(shù)字隔離器

TI的基礎(chǔ)型數(shù)字隔離器與增強(qiáng)型數(shù)字隔離器在高工作電壓、低輻射、低功耗以及高效率上很有優(yōu)勢。隔離材料上TI系列一般使用專有二氧化硅 （SiO2） 絕緣柵來實(shí)現(xiàn)這些性能。除了基本的性能要求，TI的數(shù)字隔離器在小尺寸或者成本敏感應(yīng)用上也都能滿足。

ISO67xx系列是容耦型數(shù)字隔離器，在提供出色的信號(hào)隔離性能同時(shí)主打低設(shè)計(jì)成本應(yīng)用。該系列的數(shù)字隔離器可提供多種通道選項(xiàng)，有助于在各種應(yīng)用配置（SPI、UART、CAN、RS-485、GPIO 和 I2C 信號(hào)）中提高對(duì)關(guān)鍵電路的保護(hù)能力。

從該系列下的ISO6741具體產(chǎn)品來看，ISO6741作為四通道數(shù)字隔離器，通過低功耗運(yùn)行和電平轉(zhuǎn)換提高了設(shè)計(jì)靈活性，并支持 1.71V 至 5.5V 的寬電源電壓范圍。8kV（接觸）ESD 性能可防止維護(hù)期間對(duì)隔離器造成損壞。在數(shù)據(jù)速率上高達(dá)50 Mbps，同時(shí)高達(dá) 1500V 的工作電壓和 75kV/μs 的典型共模瞬態(tài)抗擾度。從上述指標(biāo)水平來看，可以說ISO6741提供了牢不可破的隔離屏障。

如果說ISO67xx系列為低成本應(yīng)用提供了絕佳的選擇的話，那ISO70xx 系列則提供了業(yè)內(nèi)頂尖的超低功耗。

ISO67xx全系列產(chǎn)品能以超低功率運(yùn)行，每通道電流消耗低至 4.2μA，總電流在 10kbps 時(shí)消耗小于 20μA，并且功率可擴(kuò)展至 2Mbps。在低功耗的同時(shí)，ISO67xx支持 3kVrms 的隔離電壓、典型值為 100kV/μs 的共模瞬態(tài)抗擾度，這樣的隔離強(qiáng)度足夠可靠。

（ISO6741，TI）

ADI數(shù)字隔離器

ADI的數(shù)字隔離器是磁耦型數(shù)字隔離器，利用iCoupler技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無限制的設(shè)計(jì)。整體來看ADI的數(shù)字隔離器在魯棒性以及多通道靈活性（多達(dá)6通道）上擁有很大優(yōu)勢。

（ADuM141ES，ADI）

ADuM141ES，應(yīng)用于航空航天的150 MBPS 四通道數(shù)字隔離器，采用了ADI專利iCoupler技術(shù)。這些隔離元件集高速、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 （CMOS） 和整體式空芯變壓器技術(shù)于一身，能夠提供更出色的性能特點(diǎn)。

從具體數(shù)值來看，ADuM141ES在 5 V 運(yùn)行時(shí)，最大傳播延遲為 13.5 ns，脈寬失真低于 3 ns，共模瞬變抗擾度很高，能做到大于100 kV/μs。同時(shí)ADuM141ES 數(shù)據(jù)通道是相互獨(dú)立的，并可以承受 400 V rms 的額定電壓。此器件在 1.8 V - 5 V 之間的電源電壓下工作并兼容更低的電壓系統(tǒng)，支持跨隔離勢壘的電壓轉(zhuǎn)換功能。

低功耗也在電流值上反應(yīng)了出來，150 MBPS 時(shí)1側(cè)電源電流為17 mA，2側(cè)電源電流為17.5 mA，保證數(shù)據(jù)傳輸速率同時(shí)降低了功耗。

（ADuM260N，ADI）

四通道的ADuM141ES性能已經(jīng)足夠強(qiáng)大，再來看看集成故障安全和0個(gè)反向通道的魯棒5.0 kVrms六通道數(shù)字隔離器。

共模瞬變抗擾度100 kV/μs，5V時(shí)13 ns傳播延遲，1.8V時(shí)15 ns的低延遲，最大150 Mbps的數(shù)據(jù)速率，VIORM峰值849 V的安全認(rèn)證，1分鐘5000 V rms的UL認(rèn)證，125℃的高溫工作環(huán)境，16引腳寬體SOIC_IC封裝。高工作電壓、低輻射、低功耗、高效率在上述數(shù)據(jù)中體現(xiàn)得淋漓盡致。

東芝數(shù)字隔離器

東芝的數(shù)字隔離器主要還是應(yīng)用光耦，所以在性能上會(huì)弱于上面提到的TI，ADI提供的高性能數(shù)字隔離器。

東芝TLP350是較新的一款數(shù)字隔離器產(chǎn)品，用于各種逆變器（如工業(yè)逆變器、UPS和光伏發(fā)電用功率調(diào)節(jié)器）的功率元件柵極驅(qū)動(dòng)IC。該器件主要實(shí)在可靠性上進(jìn)行了提升，并且成本較低。

TLP350可以通過抑制異常關(guān)斷期間發(fā)生的浪涌電壓上升，防止功率器件擊穿。當(dāng)供電電壓異常和檢測到過流時(shí)，會(huì)反饋故障信號(hào)。同時(shí)過流檢測的軟關(guān)斷功能使功率器件關(guān)斷更柔和。這些提升都著重于可靠性和穩(wěn)定性。

因?yàn)閱渭儚募夹g(shù)參數(shù)著手，光耦相比其他類型有著天然劣勢。這款產(chǎn)品的額定電流為2.5A，這無疑是較大的功耗負(fù)擔(dān)。共模瞬變抑制為25 kV/μs，在光耦型產(chǎn)品中其實(shí)已經(jīng)做的相當(dāng)不錯(cuò)了。

Broadcom 數(shù)字隔離器

Broadcom 一直是一家光電隔離器的領(lǐng)先供應(yīng)商。目前提供高度可靠性軍用密封式光電耦合器、用于工業(yè)應(yīng)用的電流隔離光電耦合器，以及專為滿足汽車級(jí)應(yīng)用的絕緣和可靠性要求設(shè)計(jì)的光電耦合器。

雖然是光耦專家，但旗下ACML-74xx 系列 CMPS 數(shù)字隔離器通過厚絕緣采用了磁力耦合，具有高速度和高絕緣性能，而且在高數(shù)據(jù)速率下低功耗。HCPL-90xx/-09xx 系列 CMOS 數(shù)字隔離器則集成了巨磁電阻 （GMR） 技術(shù)，具有高速的性能和優(yōu)異的瞬態(tài)抗干擾度規(guī)范。

ACML-74x0系列 CMOS 數(shù)字隔離器耗費(fèi)少量電量，甚至在高數(shù)據(jù)率時(shí)也是如此，還能通過緊湊表面貼裝實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)抑制性能。這些 CMOS 數(shù)字隔離器符合 36ns 的最大傳播延遲和 3ns 的最大脈寬失真。它們也可以以 100 MBd 數(shù)據(jù)率運(yùn)行。

在上圖中的四通道 ACML-7400 CMOS 數(shù)字隔離器中，配置單向裝置，一個(gè)方向有四個(gè)通道，通常每個(gè)通道都在15mA的低功耗范圍內(nèi)。而工作電壓承受能力極高，最大可承受800V rms 。共模瞬態(tài)抑制能力也比較優(yōu)秀，最小為25 kV/μs，一般在50kV/μs。

小結(jié)

數(shù)字隔離技術(shù)是隔離發(fā)展的必然趨勢，而國內(nèi)數(shù)字隔離器行業(yè)仍然是一個(gè)未完全開發(fā)的市場。下期將聚焦國內(nèi)數(shù)字隔離器廠商，看他們?nèi)绾螏椭鷩鴥?nèi)市場擺開進(jìn)口依賴。

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