差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸有什么優(yōu)勢(shì)?

隔離器的主要功能是通過(guò)電氣隔離柵傳送某種形式的信息，同時(shí)阻止電流。隔離器采用絕緣材料制造，可以阻止電流，隔離柵兩端都有耦合元件。信息通常在傳輸通過(guò)隔離柵之前由耦合元件編碼。

ADI公司的iCoupler?數(shù)字隔離器使用芯片級(jí)微變壓器作為耦合元件，將數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)高質(zhì)量聚酰亞胺隔離柵。iCoupler隔離器中主要使用兩種數(shù)據(jù)傳輸方法：?jiǎn)味撕筒罘?。選擇數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制時(shí)，需要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)取舍，以?xún)?yōu)化所需的終端產(chǎn)品特性。在單端數(shù)據(jù)傳輸中，我們使用變壓器，初級(jí)繞組的一端接地。

輸入信號(hào)中的邏輯轉(zhuǎn)換編碼為脈沖，相對(duì)于地面始終為正極性，位于發(fā)送器芯片上。這也稱(chēng)為“一脈沖兩脈沖”，因?yàn)樯仙鼐幋a為兩個(gè)連續(xù)脈沖，而下降沿表示為單個(gè)脈沖(請(qǐng)參見(jiàn)圖1頂部)。隔離柵另一端的接收器接收到信號(hào)，并確定發(fā)送了一個(gè)還是兩個(gè)脈沖；然后，它將會(huì)相應(yīng)地重構(gòu)輸出。差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸使用真差分方式的變壓器。在此情況下，當(dāng)檢測(cè)到輸入沿時(shí)，始終都發(fā)送單個(gè)脈沖，但脈沖的極性會(huì)決定轉(zhuǎn)換是上升還是下降(圖1底部)。接收器為真差分結(jié)構(gòu)，并根據(jù)脈沖極性更新輸出。

單端方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是低數(shù)據(jù)速率下的功耗比較低。這是因?yàn)椴罘纸邮掌餍枰闹绷髌秒娏鞫嘤谠趩味私邮掌髦惺褂玫腃MOS施密特觸發(fā)器。然而，差分方法在較高吞吐速率下功耗較低，有兩個(gè)原因：驅(qū)動(dòng)電平和脈沖數(shù)量。變壓器的驅(qū)動(dòng)電平可以降低，因?yàn)榻邮掌髦恍璐_定極性，而無(wú)需確定存在單個(gè)脈沖還是兩個(gè)脈沖。單端系統(tǒng)平均每邊沿需要1.5個(gè)脈沖，而差分傳輸每邊沿需要1個(gè)脈沖(減少了33%)。

減小的驅(qū)動(dòng)電平和較少的脈沖還可以減少射頻輻射。產(chǎn)生輻射的原因是電源中的電流脈沖導(dǎo)致了印刷電路板結(jié)構(gòu)的輻射。由于脈沖較少，而且每個(gè)脈沖的能量較低，因而產(chǎn)生的射頻輻射顯著減少。

與單端系統(tǒng)相比，差分傳輸還有另外兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：傳播延遲和抗擾度。在單端方法中，在創(chuàng)建單個(gè)脈沖或兩個(gè)脈沖時(shí)，必須有特定的時(shí)序關(guān)系，而且接收器必須分析特定時(shí)間窗口內(nèi)的脈沖。這些要求會(huì)對(duì)編碼和解碼產(chǎn)生限制，最終限制通過(guò)器件的傳播延遲。這進(jìn)而限制器件能夠達(dá)到的總吞吐量。差分方法受到的限制較少，因?yàn)樗冀K使用單個(gè)脈沖，因而傳播延遲較低，吞吐量較高。

圖 1.單端與差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

差分接收器能夠可靠地檢測(cè)發(fā)送器發(fā)送的差分信號(hào)，還會(huì)抑制在隔離系統(tǒng)中普遍存在的無(wú)用共模噪聲，導(dǎo)致共模瞬變抗擾度(CMTI)顯著提高。差分接收器還不大容易受到電源噪聲的影響，因而抗擾度較高。光耦合器中使用的LED實(shí)質(zhì)上是單端的，這正是光耦合器的CMTI性能通常較差的原因之一。差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸使得iCoupler數(shù)字隔離器的性能相對(duì)于光耦合器有了顯著提升。

數(shù)據(jù)傳輸方法也是設(shè)計(jì)人員優(yōu)化數(shù)字隔離器性能的一個(gè)選項(xiàng)。將真差分耦合元件作為iCoupler技術(shù)的基礎(chǔ)，可在這一方面提供很高靈活性，這也是光耦合器和容性耦合器件通常無(wú)法企及的。