随着社会的快速发展,我们的数字隔离器也在快速发展,那么你知道数字隔离器的详细资料解析吗?接下来让小编带领大家来详细地了解有关的知识。

 

隔离器主要是用在隔离高压(危险电路)系统和低压(安全电路)系统之间的电气连接,以保护用户以及电路系统安全,以及隔离敏感电路(比如高精度检测电路)和噪声源(例如大功率开关电源)之间的连接,以减小噪声干扰。


数字隔离器是电子系统中,数字信号和模拟信号进行传递时,使其且具有很高的电阻隔离特性,以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片,多采用光耦、磁隔离和电容隔离来实现,但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。

 

隔离器的主要结构大致有四种: 一是传统光电耦合; 二是集成式变压器(磁耦合);三是集成式电容耦合; 四是分立式变压器耦合。最常用的是光耦合器,光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光检测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。它的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

 

输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出,这就完成了电 - 光 - 电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。

 

随着近几年数据传输的速度不断提升,传统的光耦合器也暴露出一些缺点,例如,整个电路体积大,集成度不高,而且光电耦合器件本身具有易损耗、速度较慢(一般的数据速率低于 1Mbps)、耗电量大等缺点,特别是在温度和老化变化过程中的性能极不稳定,为其应用带来局限,特别是在工业应用中这些问题就比较突出。为了克服光电隔离技术的诸多缺点,许多半导体公司开始研发不发光的隔离器解决方案。周晓奇告诉记者,ADI 公司是最早一家推出新型数字隔离器解决方案的公司,并于 2001 年率先推出基于其专有 iCoupler 磁耦隔离技术的标准数字隔离产品。

 

了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系,对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是:绝缘材料、结构和数据传输方法。

 

iCoupler 技术是基于芯片尺寸的变压器,每个 iCoupler 通道都由两部分组成:CMOS 接口电路和芯片级变压器。而 iCoupler 隔离变压器的核心正是这个能够穿越隔离阻障并发射与接收信号的平面变压器,它们不仅能够提供隔离,而且消除了光耦合器中光电转换的缺点,包括功耗过大、较大的时序误差和数据速率受限等。事实上,由于无需驱动 LED 的外部电路,iCoupler 数字隔离器功耗仅为光电耦合器的 1/10~1/50。

 

数字隔离器采用晶圆 CMOS 工艺制造,仅限于常用的晶圆材料。非标准材料会使生产复杂化,导致可制造性变差且成本提高。常用的绝缘材料包括聚合物(如聚酰亚胺 PI,它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有众所周知的绝缘特性,并且已经在标准半导体工艺中使用多年。聚合物是许多光耦合器的基础,作为高压绝缘体具有悠久的历史。

 

iCoupler 隔离变压器可实现数千伏(5000V) 的隔离,其高耐压的关键在于发送和接收变压器的顶层和底层线圈之间,采用厚达 20 μm 的聚酰亚胺材料作为隔离层,在 4 mm×4 mm 芯片上集成了 4 个变压器(图 1)。这种新型数字隔离器的优势主要体现在:一,传输速度更快,远高于传统光耦,高达 150 Mbps。二,静态 / 动态电流更小。三,寿命更长,在耐高压和耐击穿的使用范围内寿命甚至可达 50 年。四,可以集成标准 CMOS 工艺下的其他功能。五是可以在芯片内部实现隔离电源,并具有更小的体积和厚度。

 

数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端,光耦合器则是使用 LED 发出的光。

 

iCoupler 隔离器的工作原理是,当数字隔离器的输入端接收到信号的上升沿或者下降沿时,会将这些信号编码成双脉冲或者单脉冲,并通过集成变压器传递到另一侧。同时通过解码器将这些脉冲信号还原成和输入信号相同的波形。与此同时,iCoupler 数字隔离器还集成了看门狗电路,当信号长时间不发生变化时,输入侧的更新电路也会定时发出相应的脉冲信号到输出端,如果输出端的看门狗电路长时间没有收到任何信号,会认为输入端进入异常状态,此时,输出端的输出信号会回到预先设定的默认值。

 

光耦合器使用 LED 发出的光将数据跨越隔离栅传输 -LED 点亮时表示逻辑高电平,熄灭时表示逻辑低电平。当 LED 点亮时,光耦合器需要消耗电能;对于关注功耗的应用,光耦合器不是一个好的选择。多数光耦合器将输入端和 / 或输出端的信号调理留给设计人员实现,而这并不一定是非常简单的工作。

 

从 2001 年,ADI 推出第一款 iCoupler 隔离器产品,现已有 10 大系列、100 多个种类,是目前业界种类最齐全的隔离器产品,包括标准数字隔离器、采用 iso Power 的数字隔离器、集成 PWM 控制器和变压器驱动器的数字隔离器、USB 2.0 兼容型隔离器、隔离式门驱动器、隔离式 I2C 数字隔离器、隔离式 RS-485 收发器、隔离式 RS-232 器件和隔离式Σ-Δ型 ADC 等。可以说,几乎任何应用都可以找到一款合适的 iCoupler 产品来满足您的设计需求。

 

以上就是数字隔离器的有关知识的详细解析,需要大家不断在实际中积累经验,这样才能设计出更好的产品,为我们的社会更好地发展。