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数字隔离器

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数字隔离器??????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。

光耦隔离器工作原理(以光耦隔离器为例):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。

按照传播方式可以分为:

1、光电隔离
  光耦合技术是在透明绝缘隔离层(例如:空气间隙)上的光传输,以达到隔离目的。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、信号放大及光的接收。输入的电信号驱动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。  光耦合技术的主要优点是,光具有对外部电子或磁场内在的抗扰性,而且,光耦合技术允许使用恒定信息传输。光耦合器的不足之处主要体现在速度限制、功耗以及LED老化上。
  一个光耦合器的最大信号速率取决于LED能够开启和关闭的速度。从当前可供使用的产品来看,最快的光耦合器是HCPL-0723,其可以达到50Mbps的信号速率。
  从输入到输出的电流传输比(CTR)是光耦合器的一个重要特性,LED一般会要求10mA的输入电流,以用于高速数字传输。这种比率对用于驱动LED的电流和由光电晶体管产生的电流进行调节。随着时间的推移,LED变得更为低效,同时要求更多的电流来产生相同等级的亮度以及相同等级的光电晶体管输出电流。在许多数字隔离器中,内部电路控制LED驱动电流,并且用户无法对逐渐下降的CTR进行补偿。LED的优势减弱了,并且随着时间的推移隔离器不再像以前那样有效了。
2、电容隔离
  电容耦合技术是在隔离层上采用一个不断变化的电场传输信息。各电容器极板之间的材料是一个电介质隔离器,并形成隔离层。该极板尺寸、极板之间的间隔和电介质材料等都决定着电气性能。
  使用一个电容隔离层的好处是,在尺寸大小和能量传输方面的高效率,以及对磁场的抗扰度。电容耦合技术的缺点是其没有差分信号和噪声,并且信号共用相同的传输通道,这一点与变压器不同。这就要求信号频率要大大高于噪声预期频率,这样隔离层电容就呈现出信号的低阻抗,以及噪声的高阻抗。
3、电磁隔离
  电感耦合技术使用两个线圈之间的变化磁场在一个隔离层上进行通信。最常见的例子就是变压器,其磁场大小取决于主级和次级绕组的线圈结构(匝数/单位长度)、磁芯的介电常数,以及电流振幅。显示了一款具有信号调节电路模块的变压器。

性能优点如下(以Si84xx系列为例)

  最高的数据传输率:Si84xx隔离器在最广泛的温度范围内(-40至 +125℃),提供目前业界最高的数据传输速率(150 Mbps),可取代各种工业应用中的光耦合器。

  超低功耗:针对“绿色”应用进行优化,Si84xx隔离器在高数据传输率下提供超低功耗。

  最低的抖动性能:Si84xx提供优于竞争器件两倍的抖动性能,可将数据传输错误及误码率(BER)降至最低。

  优异的静电放电性能:人体放电静电模式下(HBM)为4kV;器件充电模式(CDM)下为2kV;机器放电模式下(MM)为400V,能在最苛刻的应用环境中实现最高的可靠性。

  最佳的瞬变抗干扰能力:Si84xx提供高于25kV/μs的共模瞬变抗干扰能力(CMTI)--比光耦合器的CMTI性能提高50% ~ 100%。

  最强的RF抗干扰能力:在要求苛刻的应用环境中,与其他数字隔离器产品相比Si84xx产品性能提高很多,可提供高达300V/m的电场和高达1000A/m的电磁场抗干扰能力。

  最低的射频电磁辐射:Si84xx产品与其它数字隔离器相比最多可减少20dB的电磁幅射。

  Silicon Labs的Si84xx数字隔离器系列能为系统开发人员带来更大的弹性和更多的设计选择。除了5kV产品外,Si84xx系列还提供具工业标准管脚输出的双通道产品,兼容于其他被广泛使用的数字隔离器产品,为供电系统提供可轻松替换的器件及来源。

  Si84xx数字隔离器还能结合Silicon Labs的Si82xx ISOdriver、Si85xx 交流电流传感器、Si3226双ProSLIC单芯片SLIC/codec IC和混合信号微控制器 ,提供更全面的隔离解决方案。

  Silicon Labs数字隔离器至今出货量已超过7,500万个通道,且RF隔离架构已通过市场考验,并在许多工业、能源管理、通信和广播应用中获得验证。Silicon Labs采用备受肯定的CMOS工艺技术,并发展出独具匠心的数字隔离器产品蓝图,以更高的集成度来满足系统制造商未来的隔离需求。

随着越来越多的工业和通讯设备智能化,提供了更多的大功率系统控制和反馈信息,从而实现更高的效率并使系统成本减少,当今市场对隔离器的需求也与日俱增。

  从整体上来说,尽管市场需求出现极大增长,数字隔离器的价格依然会保持稳定。虽然在隔离器零部件方面一直存在着价格压力,但当今的隔离器解决方案仍在不断增加新的特性,诸如低功率模式和安全能力。因此,当今市场上隔离器解决方案将会继续在提升价值的同时保持长期的较低价格。

  光耦方面,Avago 、Vishay、Toshiba、松下、NEC,以及台湾冠西、佰鸿等都是行业翘楚,尤以Avago占市场优势地位。隔离器市场则以ADI、NVE、TI、Silicon Labs 等厂商占主力。

在低功耗方面,以安华高的最新产品超低功耗光电耦合器产品ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L为例,它们比目前标准光电耦合器省电90%。这些光电耦合器可采用独特的集成电路设计和厚绝缘层材料,在不影响隔离和绝缘性能的条件下大幅度节省功耗,目标市场包括RS485、CANBus和I2C等通信接口、微处理器系统接口,以及A/D和D/A等模数转换应用的数字隔离。



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dolphin    


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