值得學(xué)習(xí)的數(shù)字隔離器選型的常見(jiàn)的一些方法

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，我們的數(shù)字隔離器也在快速發(fā)展，那么你知道數(shù)字隔離器的詳細(xì)資料解析嗎?接下來(lái)讓小編帶領(lǐng)大家來(lái)詳細(xì)地了解有關(guān)的知識(shí)。

隔離器主要是用在隔離高壓(危險(xiǎn)電路)系統(tǒng)和低壓(安全電路)系統(tǒng)之間的電氣連接，以保護(hù)用戶以及電路系統(tǒng)安全，以及隔離敏感電路(比如高精度檢測(cè)電路)和噪聲源(例如大功率開(kāi)關(guān)電源)之間的連接，以減小噪聲干擾。

數(shù)字隔離器是電子系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行傳遞時(shí)，使其且具有很高的電阻隔離特性，以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離的一種芯片，多采用光耦、磁隔離和電容隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其功耗、速度、隔離電壓等方面往往不能達(dá)到最優(yōu)。

隔離器的主要結(jié)構(gòu)大致有四種： 一是傳統(tǒng)光電耦合; 二是集成式變壓器(磁耦合);三是集成式電容耦合; 四是分立式變壓器耦合。最常用的是光耦合器，光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光檢測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。它的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開(kāi)關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。

輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出，這就完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。

隨著近幾年數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣炔粩嗵嵘?，傳統(tǒng)的光耦合器也暴露出一些缺點(diǎn)，例如，整個(gè)電路體積大，集成度不高，而且光電耦合器件本身具有易損耗、速度較慢(一般的數(shù)據(jù)速率低于1Mbps)、耗電量大等缺點(diǎn)，特別是在溫度和老化變化過(guò)程中的性能極不穩(wěn)定，為其應(yīng)用帶來(lái)局限，特別是在工業(yè)應(yīng)用中這些問(wèn)題就比較突出。為了克服光電隔離技術(shù)的諸多缺點(diǎn)，許多半導(dǎo)體公司開(kāi)始研發(fā)不發(fā)光的隔離器解決方案。周曉奇告訴記者，ADI公司是最早一家推出新型數(shù)字隔離器解決方案的公司，并于2001年率先推出基于其專有iCoupler磁耦隔離技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離產(chǎn)品。

了解數(shù)字隔離器三個(gè)關(guān)鍵要素的特點(diǎn)及其相互關(guān)系，對(duì)于正確選擇數(shù)字隔離器十分重要。這三個(gè)要素是：絕緣材料、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方法。

iCoupler 技術(shù)是基于芯片尺寸的變壓器，每個(gè)iCoupler通道都由兩部分組成：CMOS接口電路和芯片級(jí)變壓器。而iCoupler隔離變壓器的核心正是這個(gè)能夠穿越隔離阻障并發(fā)射與接收信號(hào)的平面變壓器，它們不僅能夠提供隔離，而且消除了光耦合器中光電轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)，包括功耗過(guò)大、較大的時(shí)序誤差和數(shù)據(jù)速率受限等。事實(shí)上，由于無(wú)需驅(qū)動(dòng)LED 的外部電路，iCoupler數(shù)字隔離器功耗僅為光電耦合器的1/10～1/50。

數(shù)字隔離器采用晶圓CMOS工藝制造，僅限于常用的晶圓材料。非標(biāo)準(zhǔn)材料會(huì)使生產(chǎn)復(fù)雜化，導(dǎo)致可制造性變差且成本提高。常用的絕緣材料包括聚合物(如聚酰亞胺PI，它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有眾所周知的絕緣特性，并且已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝中使用多年。聚合物是許多光耦合器的基礎(chǔ)，作為高壓絕緣體具有悠久的歷史。

iCoupler隔離變壓器可實(shí)現(xiàn)數(shù)千伏(5000V) 的隔離，其高耐壓的關(guān)鍵在于發(fā)送和接收變壓器的頂層和底層線圈之間，采用厚達(dá)20 μm 的聚酰亞胺材料作為隔離層，在4 mm×4 mm芯片上集成了4個(gè)變壓器(圖1)。這種新型數(shù)字隔離器的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：一，傳輸速度更快，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光耦，高達(dá)150 Mbps。二，靜態(tài)/動(dòng)態(tài)電流更小。三，壽命更長(zhǎng)，在耐高壓和耐擊穿的使用范圍內(nèi)壽命甚至可達(dá)50年。四，可以集成標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下的其他功能。五是可以在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)隔離電源，并具有更小的體積和厚度。

數(shù)字隔離器使用變壓器或電容將數(shù)據(jù)以磁性方式或容性方式耦合到隔離柵的另一端，光耦合器則是使用LED發(fā)出的光。

iCoupler隔離器的工作原理是，當(dāng)數(shù)字隔離器的輸入端接收到信號(hào)的上升沿或者下降沿時(shí)，會(huì)將這些信號(hào)編碼成雙脈沖或者單脈沖，并通過(guò)集成變壓器傳遞到另一側(cè)。同時(shí)通過(guò)解碼器將這些脈沖信號(hào)還原成和輸入信號(hào)相同的波形。與此同時(shí)，iCoupler數(shù)字隔離器還集成了看門狗電路，當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)生變化時(shí)，輸入側(cè)的更新電路也會(huì)定時(shí)發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號(hào)到輸出端，如果輸出端的看門狗電路長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有收到任何信號(hào)，會(huì)認(rèn)為輸入端進(jìn)入異常狀態(tài)，此時(shí)，輸出端的輸出信號(hào)會(huì)回到預(yù)先設(shè)定的默認(rèn)值(圖2)。

光耦合器使用LED發(fā)出的光將數(shù)據(jù)跨越隔離柵傳輸-LED點(diǎn)亮?xí)r表示邏輯高電平，熄滅時(shí)表示邏輯低電平。當(dāng)LED點(diǎn)亮?xí)r，光耦合器需要消耗電能;對(duì)于關(guān)注功耗的應(yīng)用，光耦合器不是一個(gè)好的選擇。多數(shù)光耦合器將輸入端和/或輸出端的信號(hào)調(diào)理留給設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)，而這并不一定是非常簡(jiǎn)單的工作。

從2001年，ADI推出第一款iCoupler隔離器產(chǎn)品，現(xiàn)已有10大系列、100多個(gè)種類，是目前業(yè)界種類最齊全的隔離器產(chǎn)品，包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器、采用iso Power的數(shù)字隔離器、集成PWM控制器和變壓器驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字隔離器、USB 2.0兼容型隔離器、隔離式門驅(qū)動(dòng)器、隔離式I2C數(shù)字隔離器、隔離式RS-485收發(fā)器、隔離式RS-232器件和隔離式Σ-Δ型ADC等?？梢哉f(shuō)，幾乎任何應(yīng)用都可以找到一款合適的iCoupler產(chǎn)品來(lái)滿足您的設(shè)計(jì)需求。

以上就是數(shù)字隔離器的有關(guān)知識(shí)的詳細(xì)解析，需要大家不斷在實(shí)際中積累經(jīng)驗(yàn)，這樣才能設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，為我們的社會(huì)更好地發(fā)展。