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说说数字隔离器

说说数字隔离器

  本文主要翻译自TI应用手册:The ISO72x Family of High-Speed Digital Isolators。

 

隔离表现(Isolation Performance)

        有三个主要的标准来规范隔离保护,分别为UL1577、IEC 6 0747-5-2和CSA。这三个标准都有很多细微的不同,但都提供了比较隔离能力的标准。下图就是对这些隔离器的测试。这三个标准的测试都是想证明隔离器输入输出间的电介质在什么样的电压下会被击穿。

 

                                                                  两端隔离电压测试

 

      下表显示了采用不同的三种隔离技术的数字隔离器的隔离表现:

 

 

 

以上的测试数据可以查看芯片的DataSheet,下面是ADuM1100的DataSheet测试数据

 

 

抗瞬态的能力(Transient Immunity)

     Common-Mode Transient Immunity,共模瞬态抑制,简写CMTI

动态共模干扰抑制指标

这种共模干扰有可能是由于静电放电(ESD)、EFT、浪涌(Surges)和磁场(Magnetic Field)所造成的。

隔离器理论上应该只通过有用信号(差模)(电容耦合隔离器差模和共模信号都能通过),不通过干扰(共模),对静态干扰的确如此。但对动态干扰,还是不可能完全抑制的,因为两端之间存在分布电容,于是变化非常快的瞬态干扰(用电压变化率dv/dt衡量)就有可能窜到另一端。

 

 

Common mode transient immunity in logic high level is the maximum tolerable (positive) dVCM/dt on the leading edge of the common mode pulse, VCM, to assure that the output will remain in a logic high state (VOUT>2.0 V).

Common mode transient immunity in logic low level is the maximum tolerable (negative) dVCM/dt on the trailing edge of the common mode pulse, VCM, to assure that the output will remain in a logic low state (VOUT<0.8 V).

高电平的共模瞬态抑制就是在共模脉冲VCM 上升沿,保证输出为高电平(VOUT>2.0 V).的所能容忍的电压变化比率dv/dt。

低电平的共模瞬态抑制就是在共模脉冲VCM 下降沿,保证输出为低电平(VOUT<0.8 V)的所能容忍的电压变化比率dv/dt.。

 

                                                           光耦隔离器的共模瞬态抑制测试电路

 

    下表是各种不同的数字隔离器的CMTI。

 

 

        也可以从DataSheet中找出CMTI的数值,下图就是ADuM1100的CMTI

 

 

功耗(Power Consumption)

 

 

从上表可以看出光耦比电容耦合和电感耦合(磁藕)隔离器消耗的功率更多。

 

可靠性(Reliability)

发生故障的平均时间(mean time to failure,MTTF)是半导体器件可靠性的一个标准,对于数字隔离器来说,测量可靠性的表现包括集成电路的可靠性和隔离机构的可靠性。下表显示了光耦、电容和电感隔离器的MTTF。

ADuM1100的数据手册没有给出MTTF,但也提供了另一个可靠性试验数据。下表是ISO721和ADuM1100的同一个可靠性试验数据比较。

 

 

 

抑制外磁场的能力(External Magnetic Field Immunity)

前面提到,光耦由于结构的原因,是不会受到外部磁场的干扰的,因此在下图中没有光耦的曲线。

 

                                                        外磁场敏感度

 

 

总结

隔离器的主要作用在于减少噪声,阻隔地环路,隔离不同的地电动势。设计者面对这么多不同原理的隔离器,选择时要根据实际情况和器件参数选择适用的隔离器。主要要考虑的参数有:信号速率、介质击穿电压、瞬态抑制、功率损耗、外磁场抑制和可靠性等几个指标。下表就列出了几种不同的隔离器的参数:

 

 

 

数字隔离器相关厂家网址,选用数字隔离器可以参考下面网址

 

1)     ADI

2)     TI

3)     silicon lab

4)Avago Technologies

4)     NAV

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