0人存眷 数字隔离器是电子系统中，数字旌旗灯号和摹拟旌旗灯号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特征，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。 数字隔离器是电子系统中，数字旌旗灯号和摹拟旌旗灯号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特征，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。设计人员之所以引入隔离，是为了知足平安律例或下降接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是经由过程电气毗连或泄露路径，从而避免平安风险。但是，隔离会带来延迟、功耗、本钱和尺寸等方面的限制。数字隔离器的方针是在尽量减小晦气影响的同时知足平安要求。 数字隔离器是电子系统中，数字旌旗灯号和摹拟旌旗灯号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特征，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。设计人员之所以引入隔离，是为了知足平安律例或下降接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是经由过程电气毗连或泄露路径，从而避免平安风险。但是，隔离会带来延迟、功耗、本钱和尺寸等方面的限制。数字隔离器的方针是在尽量减小晦气影响的同时知足平安要求。
图1. （a） 带厚聚酰亚胺绝缘层的变压器，电流脉冲发生磁场，在另外一个线圈中感生电流;（b） 带薄SiO2绝缘层的电容，操纵低电流电场将数据耦合到隔离栅的另外一端。 表1. 基在聚合物/聚酰亚胺的隔离器可供给最好的隔离特征 
平安尺度凡是划定1分钟耐压额定值（典型值2.5 kV rms至5 kV rms）和工作电压（典型值125 V rms至400 V rms）。某些尺度也会划定更短的延续时候、更高的电压（如10 kV峰值并延续50 s）作为加强绝缘认证的一部门要求。基在聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提高最好的隔离特征，如表1所示。 基在聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器类似，在典型工作电压时寿命更长。基在SiO2的隔离器对浪涌的防护能力相对较弱，不克不及用在医疗和其他利用。 各类薄膜的固有应力也不不异。聚酰亚胺薄膜的应力低在SiO2薄膜，可以按照需要增添厚度。SiO2薄膜的厚度有限，因此隔离能力也会受限;跨越15 m时，应力可能会致使晶圆在加工进程中开裂，或在利用时代分层。基在聚酰亚胺的数字隔离器可使用厚达26 m的隔离层。 隔离器布局 数字隔离器利用变压器或电容将数据以磁性体例或容性体例耦合到隔离栅的另外一端，光耦合器则是利用LED光。 如图1所示，变压器电流脉冲经由过程一个线圈，构成一个很小的局部磁场，从而在另外一个线圈生成感应电流。电流脉冲很短（1 ns），是以平均电流很低。 变压采取差分毗连，供给高达100 kV/ s的超卓共模瞬变抗扰度（光耦合器凡是约为15 kV/ s）。磁性耦合对变压器线圈间距离的依靠性也弱在容性耦合对板间距离的依靠性，是以，变压变压器线圈之间的绝缘层可以更厚，从而取得更高的隔离能力。连系聚酰亚胺薄膜的低应力特征，利用聚酰亚胺的变压器比利用SiO2的电容更轻易实现高级隔离机能。 电容为单端毗连，更轻易受共模瞬变影响。固然可以用差分电容对来填补，但这会增年夜尺寸并提高本钱。 电容的优势之一是它利用低电流来发生耦合电场。当数据速度较高时（25 Mbps以上），这一优势就相当较着。 数据传输方式 光耦合器利用LED发出的光将数据传输到隔离栅的另外一端：LED点亮时暗示逻辑高电平，熄灭时暗示逻辑低电平。当LED点亮时，光耦合器需要耗损电能;对存眷功耗的利用，光耦合器不是一个好的选择。大都光耦合器将输入端和/或输出真个旌旗灯号调度留给设计人员实现，而这其实不必然长短常简单的工作。 数字隔离器利用更进步前辈的电路来编码息争码数据，撑持更快的数据传输速度，可以或许处置USB和I2C等复杂的双向接口。 一种方式是将上升沿和降落沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器（图2）。这些脉冲在副边解码为上升沿或降落沿。这类方式的功耗比光耦合器低10倍到100倍，由于不像光耦合器，电源无需持续供给给器件。器件中可以包罗刷新电路，以便按期更新直流电平。 
图2. 一种数据传输方式是将边缘编码为单脉冲或双脉冲 另外一种方式是利用RF调制旌旗灯号，其利用体例与光耦合器利用光的体例很是类似，逻辑高电平旌旗灯号将引发持续RF传输。这类方式的功耗高在脉冲方式，由于逻辑高电平旌旗灯号需要延续耗损电能。 也能够采取差分手艺来供给共模按捺，不外，这些手艺最好共同变压器等差分元件利用。 选择准确的组合 数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和靠得住性方面具有光耦合器所没法对比的庞大优势。在数字隔离器范畴，分歧的绝缘材料、布局和数据传输方式组合培养分歧的产物，而分歧的产物合适分歧的具体利用。如上所述，基在聚合物的材料供给最鲁棒的隔离能力，这类材料几近合适所有利用，但医疗保健和重工业装备等要求最严酷的利用受益最年夜。为了实现最鲁棒的隔离，聚酰亚胺厚度可以跨越对电容而言的公道厚度;是以，基在电容的隔离最合适不需要平安隔离的功能隔离利用。在这类环境下，基在变压器的隔离多是最公道的，特殊是连系差分数据传输方式，以便充实操纵变压器的差分特征。 数字隔离器优势之分解 数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和靠得住性方面具有光耦合器所没法对比的庞大优势。 多年来，工业、医疗和其他隔离系统的设计人员实现平安隔离的手段有限，独一公道的选择是光耦合器。现在，数字隔离器在机能、尺寸、本钱、效力和集成度方面均有优势。领会数字隔离器三个要害要素的特点和其彼此关系，对准确选择数字隔离器十分主要。这三个要素是：绝缘材料、布局和数据传输方式。 设计人员之所以引入隔离，是为了知足平安律例或下降接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是经由过程电气毗连或泄露路径，从而避免平安风险。但是，隔离会带来延迟、功耗、本钱和尺寸等方面的限制。数字隔离器的方针是在尽量减小晦气影响的同时知足平安要求。 传统隔离器--光耦合器则会带来很是年夜的晦气影响，功耗极高，并且数据速度低在1 Mbps.固然存在更高效力和更高速度的光耦合器，但其本钱也更高。 数字隔离器问世在10多年前，目标是下降光耦合器相干的晦气影响。数字隔离器采取基在CMOS的电路，可以或许光鲜明显节流本钱和功耗，同时年夜年夜提高数据速度。数字隔离器由上述要素界定。绝缘材料决议其固有的隔离能力，所选材料必需合适平安尺度。布局和数据传输方式的选择应以降服上述晦气影响为目标。所有三个要素必需相互共同以均衡设计方针，但有一个方针必需彻彻底底地实现，那就是合适平安律例。 绝缘材料 数字隔离器采取晶圆CMOS工艺制造，仅限在经常使用的晶圆材料。非尺度材料会使出产复杂化，致使可制造性变差且本钱提高。经常使用的绝缘材料包罗聚合物（如聚酰亚胺PI，它可以旋涂成薄膜）和二氧化硅（SiO2）。两者均具有尽人皆知的绝缘特征，而且已在尺度半导体工艺中利用多年。聚合物是很多光耦合器的根本，作为高压绝缘体具有悠长的汗青。 
图1. （a） 带厚聚酰亚胺绝缘层的变压器，电流脉冲发生磁场，在另外一个线圈中感生电流；（b） 带薄SiO2绝缘层的电容，操纵低电流电场将数据耦合到隔离栅的另外一端。 表1. 基在聚合物/聚酰亚胺的隔离器可供给最好的隔离特征 
平安尺度凡是划定1分钟耐压额定值（典型值2.5 kV rms至5 kV rms）和工作电压（典型值125 V rms至400 V rms）。某些尺度也会划定更短的延续时候、更高的电压（如10 kV峰值并延续50 s）作为加强绝缘认证的一部门要求。基在聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提高最好的隔离特征，如表1所示。 基在聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器类似，在典型工作电压时寿命更长。基在SiO2的隔离器对浪涌的防护能力相对较弱，不克不及用在医疗和其他利用。 各类薄膜的固有应力也不不异。聚酰亚胺薄膜的应力低在SiO2薄膜，可以按照需要增添厚度。SiO2薄膜的厚度有限，因此隔离能力也会受限；跨越15 m时，应力可能会致使晶圆在加工进程中开裂，或在利用时代分层。基在聚酰亚胺的数字隔离器可使用厚达26 m的隔离层。 隔离器布局 数字隔离器利用变压器或电容将数据以磁性体例或容性体例耦合到隔离栅的另外一端，光耦合器则是利用LED光。 如图1所示，变压器电流脉冲经由过程一个线圈，构成一个很小的局部磁场，从而在另外一个线圈生成感应电流。电流脉冲很短（1 ns），是以平均电流很低。 变压采取差分毗连，供给高达100 kV/ s的超卓共模瞬变抗扰度（光耦合器凡是约为15 kV/ s）。磁性耦合对变压器线圈间距离的依靠性也弱在容性耦合对板间距离的依靠性，是以，变压变压器线圈之间的绝缘层可以更厚，从而取得更高的隔离能力。连系聚酰亚胺薄膜的低应力特征，利用聚酰亚胺的变压器比利用SiO2的电容更轻易实现高级隔离机能。 电容为单端毗连，更轻易受共模瞬变影响。固然可以用差分电容对来填补，但这会增年夜尺寸并提高本钱。 电容的优势之一是它利用低电流来发生耦合电场。当数据速度较高时（25 Mbps以上），这一优势就相当较着。 数据传输方式 光耦合器利用LED发出的光将数据传输到隔离栅的另外一端：LED点亮时暗示逻辑高电平，熄灭时暗示逻辑低电平。当LED点亮时，光耦合器需要耗损电能；对存眷功耗的利用，光耦合器不是一个好的选择。大都光耦合器将输入端和/或输出真个旌旗灯号调度留给设计人员实现，而这其实不必然长短常简单的工作。 数字隔离器利用更进步前辈的电路来编码息争码数据，撑持更快的数据传输速度，可以或许处置USB和I2C等复杂的双向接口。 一种方式是将上升沿和降落沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器（图2）。这些脉冲在副边解码为上升沿或降落沿。这类方式的功耗比光耦合器低10倍到100倍，由于不像光耦合器，电源无需持续供给给器件。器件中可以包罗刷新电路，以便按期更新直流电平。 
图2. 一种数据传输方式是将边缘编码为单脉冲或双脉冲 另外一种方式是利用RF调制旌旗灯号，其利用体例与光耦合器利用光的体例很是类似，逻辑高电平旌旗灯号将引发持续RF传输。这类方式的功耗高在脉冲方式，由于逻辑高电平旌旗灯号需要延续耗损电能。 也能够采取差分手艺来供给共模按捺，不外，这些手艺最好共同变压器等差分元件利用。 选择准确的组合 数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和靠得住性方面具有光耦合器所没法对比的庞大优势。在数字隔离器范畴，分歧的绝缘材料、布局和数据传输方式组合培养分歧的产物，而分歧的产物合适分歧的具体利用。如上所述，基在聚合物的材料供给最鲁棒的隔离能力，这类材料几近合适所有利用，但医疗保健和重工业装备等要求最严酷的利用受益最年夜。为了实现最鲁棒的隔离，聚酰亚胺厚度可以跨越对电容而言的公道厚度；是以，基在电容的隔离最合适不需要平安隔离的功能隔离利用。在这类环境下，基在变压器的隔离多是最公道的，特殊是连系差分数据传输方式，以便充实操纵变压器的差分特征。 查看详情 
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