隔离器的耦合方式

隔离电路是将输入和输出两端在物理层隔开，两端之间没有直接连接的线路，或者说是绝缘的，一般采用耦合的方式实现信号传输^[2]。输入侧和输出侧之间只存在一个较小的分布电容。隔离电路可以提高测量时的共模抑制比，减少干扰，改善信号质量，也可以绝缘危险电压，保护设备和人身安全。从传输特性看，隔离电路可分为数字隔离电路和模拟隔离电路。从耦合方式看，隔离电路可以分为光电耦合、电容耦合和电感耦合^[2]。

光电耦合器（Optical Coupler，OC）是由发光二极管（LED）与光敏器件组合而成的集成器件，简称光耦。当外部输入电信号施加到LED上后，二极管发光，光敏器件接收到该光信号之后，将光信号转化为电信号，电信号经信号处理之后以数字信号或者模拟信号的形式输出。这种电信号的“电-光-电”的转换和传输实现了光耦核心功能---电信号间的隔离^[1]。

用磁场传递信号的典型元件是变压器。对交流信号的隔离，可以直接使用变压器。但变压器不能传递直流信号，对频率很低的信号，激磁电感变得很小，传递效果也不好。要用变压器传递直流和低频信号，须在输入端将输入信号调制成一个交流信号，用变压器传递此信号，在输出端解调，得到一个与输入信号相关的输出信号^[2]。这就是电感耦合的机理，其本质是通过磁场耦合传递信号，实现隔离，业界常称此技术为磁隔离，电感隔离，其本质就是磁场耦合。

电容耦合技术就是在中间介质上采用一个不断变化的电场来传输信息。电容器极板之间的介质空间是一个极高耐压的电介质隔离器，形成数据非接触传输的隔离层^[3]。该极板尺寸、极板之间的间隔和电介质材料等决定着电气性能。在电容极板之间存在电场，电容上电压变化引起电场变化，在微观上表现为电容电荷的变化，这样就可以将交流信号传递到下一级。这就是电容耦合的机理，其本质是通过变化的电场来传递信号，通过电介质隔离层实现隔离。业界常称此技术为电容隔离，容隔，其本质就是电场耦合。电容耦合技术属于近距离信号传输，由于电场是封闭的，所以对周边环境辐射和干扰极小。使用电容隔离层在尺寸大小和能量传输方面的高效率，使得低功耗和低成本集成隔离电路成为可能。另外，电容对磁场的抗扰度可以使其在饱和或高密度磁场环境下运行。

荣湃的1系列的数字隔离器就是采用电容耦合技术。该系列数字隔离器集成的片上电容可实现更快速的数据传输和更高的信号完整性，其抗磁干扰能力比电感耦合技术好很多，且功耗较高性能光电耦合技术降低了很多。荣湃的数字隔离器具有极高的性价比，非常适用于RS485/422通信，CAN总线，SPI总线，现场总线等有干扰的工业网络中应用。

参考文献：

1.程开富.光电耦合器的发展及应用[J].国外电子元器件, 2002年第1期, 64-66

2.王彤.应用于电感耦合型隔离通讯的芯片设计.湖南大学学报，2018年第2期，103-109

3.史军刚.非接触电容耦合式信号传输方法.西安电子科技大学学报，2015年第4期，14-19