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磁隔离

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磁隔离  磁隔离是基于磁隔离技术的磁耦隔离器。它使用传送到给定变压器初级端的1 ns脉冲对输入逻辑跳变进行编码。这些脉冲从变压器初级线圈耦合到次级线圈,并且由次级端电路检测。然后,该电路在输出端重新恢复成输入数字信号。此外,输入端还包含一个刷新电路,保证即使在没有输入跳变的情况下输出状态也与输入状态保持匹配。在加电情况下以及低速率波形输入或长时间恒定直流输入情况下尤为重要。

  基于磁隔离技术的磁耦种类繁多,有近200种型号,可分为多种类别:

  一、按功能

  1、通用型多通道数字磁隔离器:灵活的通道配置,用来替代之前的光耦产品;典型型号:ADUM1201、ADUM1411

  2、隔离型RS-485收发器:高集成度及稳定性,改变传统的分立隔离方案;典型型号:ADM2483、ADM2587E

  3、隔离型RS-232收发器:完全的数据隔离,以单芯片实现RS-232接口隔离;典型型号:ADM3251E

  4、集成DC/DC的数字磁隔离器:集成电源隔离,使隔离电路设计更简化;典型型号:ADUM5401、ADUM5402

  5、双向信号磁隔离器:实现单路通道双向隔离,适用于1-wire、2-wire总线;典型型号:ADUM1250

  6、门级驱动型磁隔离器:提供高边及低边控制信号隔离,直接驱动MOS管;典型型号:ADUM5230

  7、USB总线磁隔离器:业界首款USB总线信号隔离器;典型型号:ADUM4160

  8、隔离型A/D转换器:16位Σ-Δ型ADC与磁隔离技术的结合。典型型号:AD7400、AD7401

  二、按隔离电压(1分钟测试结果)

  1000Vrms、1667Vrms、2500Vrms、3750Vrms、5000Vrms等。

  三、按传输速率

  460Kbps、500Kbps、1Mbps、1.5Mbps、10Mbps、16Mbps、

  20Mbps、25Mbps、90Mbps、120Mbps、150Mbps等。

  四、按传输通道

  单通道、双通道、三通道、四通道、五通道等。

  五、按封装

  SOIC-8、SOIC_W-16、SOIC_W-20、QSOP-16等。

  磁隔离的特性有:高性能、低功耗、可靠性、长寿命、易用性、小封装。

  一、高性能

  磁耦能够在低功耗的条件下实现150Mbps的高速数据隔离,光耦鲜有如此高的传输速率,实现同样高的传输速度,磁耦比光耦有着更高的性价比。磁耦芯片内部含有施密特电路,能够对输入输出的电路滤波整形,因此可直接与各种高速控制芯片直接连接,如:DSP、ARM、PLC等。

  二、低功耗

  磁耦基于芯片级变压器传输原理,信号传输时几乎不存在能量损耗,因此能以极低的功耗实现高度的数据隔离。相同速率下,其功耗仅为光耦的1/10~1/6。

  三、可靠性

  磁耦消除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题;磁耦均带有25KV/us的瞬态共模抑制能力,且能够在电压差峰值560V的环境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V /10sec的电压隔离保护,多种型号的磁耦带有±15KV的ESD保护。

  四、长寿命

  采用芯片级变压器技术传输信号,消除光耦传输时的器件损耗。器件内部基本不存在损耗,正常工作条件下至少达到50年工作寿命。

  五、易用性

  磁耦的小体积及多种通道配置,是电路设计更加简洁,应用更加灵活。集成的多种接口收发器使得接口隔离电路集成度更高,线路连接大大减少。

  六、小封装

  磁隔离技术是通过采用晶圆级工艺直接在片上制作直径约500um的变压器来实现的。利用此平面变压器的独特特征以及一些创新的电路设计,磁隔离产品可以在不影响性能的前提下,在一个封装内集成许多不同的特性与功能。磁耦采用的标准封装:SOIC- 8、SOIC_W-16及SOIC_W-20等。

  磁隔离技术核心是穿越隔离阻障发射与接收信号的平面变压器。这些变压器完全由标准半导体制造工艺进行集成,变压器由被聚酰亚胺层分开的两个线圈组成,聚酰亚胺层起到隔离阻障的作用。每个线圈的直径大约是500?m,匝数15。顶部线圈粗4?m,采用金材料制成;底部线圈粗1~2?m,采用铝材料制成。

  在开发数字隔离器时,确实需要考虑这些平面、芯片级的变压器的某些独特特性;还可以利用这些特性生产出创新的数字隔离器。

  首先,iCoupler变压器是空心变压器—没有磁芯。为了实现紧密互耦,我们将两个15匝、直径500?m的线圈直接堆叠,空隙仅为20?m。这使得耦合系数大于0.8。

  其次,iCoupler变压器具有非常高的带宽。顶部与底部线圈的自激频率分别是1 GHz与400 MHz,线圈之间的电容小于0.3 pF。高带宽与小电容意味着iCoupler能够提供极高速的数字隔离。

  第三,iCoupler变压器线圈具有低电感、高阻抗,每个线圈的电感大约是110 nH,顶部金线圈阻抗是25Ω,底部铝线圈阻抗是50Ω。这样的L/R比值使得低频信号无法直接通过—如果输入信号的脉宽大于L/R比或是只有几纳秒,变压器很容易电流饱和。

  为了摆脱这些线圈的低频限制,我们采用创新的编码电路通过变压器传输仅1~2 ns宽的脉冲,而不管输入信号的频率。解码电路由这些1~2 ns宽的脉冲重新恢复出输出信号。这种编码/解码方法允许iCoupler产品传输直流和高频信号。



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dolphin    


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