搞懂数字隔离器iCoupler必看！四大要点介绍

数字隔离器iCoupler基础教程来啦！

随着社会的快速发展，数字隔离器也在快速发展，ADI推出的iCoupler® 数字隔离器可在设计中实现出色的隔离性能，摆脱光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制，性能优秀。

ADI特推出《数字隔离器iCoupler基础教程》，介绍业内主流的数字隔离器的基本知识、数字隔离器的实现方式以及它在各个地区的标准和测试方法。结合实际工作中遇到的客户案例，讨论一下数字隔离器在使用中需要注意的一些问题。本系列课程包括以下几个小节：

✅ 数字隔离器概论及基本参数
✅ 数字隔离器的实现及编码
✅  数字隔离器的标准及测试
✅  数字隔离器的应用注意事项

01 数字隔离器概论及基本参数

数字隔离器是指电子系统中数字信号模拟信号进行传递时，使其具有很高的电阻特性，以实现电子系统与用户之间的一种隔离的芯片。电气隔离有着广泛的应用：在各种机械的工业环境中存在高压，需要在人员或其他设备免受危险电压损坏或冲击；电气隔离可以形成更好的环路，消除地环路噪声。电气隔离确保数据传输不是通过电气连接，即使电路的某一部分发生故障，也不会在电路的其他部分产生连锁反应，使用隔离起来提高系统的性能。在隔离器的使用中也能实现不同电压传送，增加共模抑制比。

对隔离进行分类可以按功能性隔离与基本隔离。功能性隔离指使设备正常运行所需要的绝缘；基本隔离则是提供基本电机保护的绝缘。

如何去定义一个隔离器——可以从四个方向划分：绝缘材料（常用的聚酰胺或二氧化硅）；耦合元件（ led 、电磁或电感）；数据传输（不同的编码方式）和封装方式。

02 数字隔离器的实现及编码

本节课程将主要介绍目前标准隔离器实施的一些途径以及编码架构。上图展示了常见的光耦隔离器示意图，它是用 LED 跨隔离传输数据或模拟信息，因为其使用概念比较简单，多年以来光耦隔离器一直都是首选的信号隔离器：输入的电信号驱动发光二极管使时发出一定波长的光被光电探子接收，产生光电流在经过进一步的放大后，输出就完成了电-光-电的隔离转换，从而起到输入输出的隔离作用。它的优点在于信号单向传输隔离电压较高，抗干扰能力强，最大的信号数据取决于 LED 的开关速度。基于目前可用的光纤光耦合器，最快的可以实现 50 兆 bps 的信号速率。

从输入到输出的电流传输比（CTR）是光耦合器的关键特性，led通常需要 10 毫安的输入电流来进行高速的数字传输。但是随着时间的推移，led的效率会降低，需要更多的电流来产生同样水平的光。这也就是光耦合器老化的原因。

上图为整个信号传输的编码解码过程，边沿编码/脉通编码会对延迟和速度会产生影响。传输过程中不同的介质也会导致功耗以及速度影响。接收端不同的接收方案决定了功耗和信号延迟；根据不同的解码方式会影响到传输的延时和功耗。

对比不同编码架构可得以下图表：

03 数字隔离器的标准及测试

在实际中设计高压和高压隔离系统比较一般都是比较复杂的，主要是需要考虑系统需要什么样的隔离；什么样的系统级隔离标准适合于产品；终端设备是否有系统级的标准；选择最适合的隔离产品，应该比较哪些参数或者指标。对于隔离整个系统来说，需要通过哪些测试来支持厂商数据保证的参数。最重要的是如何确保建立的一个系统在产品生命周期内是可靠运行的。在上方的这张表格中给出了一些关于隔离器的一些参数。这也是看数据手册选型时比较注意的几点。

从标准层面来说，VIOTM和VISO是两个常用的参数，均指量化隔离器在很短时间内跨越隔离屏障处理高电压能力，在正常运行期间，通过隔离屏障的应力电压就是其电压受最大系统限制电压的限制。系统运输中必定存在干扰，电弧或者负载变化引起的电源噪声可能会短暂导致隔离器的电压翻倍增加。所以说隔离应该能够处理这些损态过压而不会把自己所损坏。

04 数字隔离器的应用注意事项

如上图所示，在数字隔离器的实际应用中，往往存在各种注意事项。第一步是了解系统的隔离规范要求。有的时候需求是无穷无尽的。比如vms 是否满足要求。如果不满足的话，是否需要重新选型？另外需要考虑功能电压，隔离栅在产品使用寿命内需要承受多大的恒定电压值；是否需要增强性隔离；是否需要一个乘十千伏以上的隔离器？爬电距离以及够不够；整个方案中，系统标准需要要求多少？在电机系统或太阳能逆变器等存在环境中数据完整性至关重要，任何的错误都会导致危险的导流事件，那么就需要选取一个 cmti 格定值比较高的数字隔离器。

另外还要考虑功耗问题。假如在通信接口中，通信接口要什么速率？是运行低速的串口，还是高速的 100 兆 bps 呢？对于不同的低速，比对 ook ，在低速情况下功耗比较高。对于脉冲编码，低速情况下功耗就会比较低一点。考虑完这些之后还需要再重新考虑一下封装。具有较大排量距离和电气间隙的较大封装，一般都会有更高的隔离电压规格。