詳細剖析數字隔離器結構原理及優(yōu)勢
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多年來(lái)，工業(yè)、醫療和其他隔離系統的設計人員實(shí)現安全隔離的手段有限，唯一合理的選擇是光耦合器。如今，數字隔離器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有優(yōu)勢。了解數字隔離器三個(gè)關(guān)鍵要素的特點(diǎn)及其相互關(guān)系，對于正確選擇數字隔離器十分重要。這三個(gè)要素是：絕緣材料、結構和數據傳輸方法。
設計人員之所以引入隔離，是為了滿(mǎn)足安全法規或者降低接地環(huán)路的噪聲等。電流隔離確保數據傳輸不是通過(guò)電氣連接或泄漏路徑，從而避免安全風(fēng)險。然而，隔離會(huì )帶來(lái)延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。數字隔離器的目標是在盡可能減小不利影響的同時(shí)滿(mǎn)足安全要求。
傳統隔離器——光耦合器則會(huì )帶來(lái)非常大的不利影響，功耗極高，而且數據速率低于1 Mbps。雖然存在更高效率和更高速度的光耦合器，但其成本也更高。
數字隔離器問(wèn)世于10多年前，目的是降低光耦合器相關(guān)的不利影響。數字隔離器采用基于CMOS的電路，能夠顯著(zhù)節省成本和功耗，同時(shí)大大提高數據速率。數字隔離器由上述要素界定。絕緣材料決定其固有的隔離能力，所選材料必須符合安全標準。結構和數據傳輸方法的選擇應以克服上述不利影響為目的。所有三個(gè)要素必須互相配合以平衡設計目標，但有一個(gè)目標必須不折不扣地實(shí)現，那就是符合安全法規。
絕緣材料
數字隔離器采用晶圓CMOS工藝制造，僅限于常用的晶圓材料。非標準材料會(huì )使生產(chǎn)復雜化，導致可制造性變差且成本提高。常用的絕緣材料包括聚合物（如聚酰亞胺PI，它可以旋涂成薄膜）和二氧化硅（SiO2）。二者均具有眾所周知的絕緣特性，并且已經(jīng)在標準半導體工藝中使用多年。聚合物是許多光耦合器的基礎，作為高壓絕緣體具有悠久的歷史。
圖1. （a） 帶厚聚酰亞胺絕緣層的變壓器，電流脈沖產(chǎn)生磁場(chǎng)，在另一個(gè)線(xiàn)圈中感生電流；（b） 帶薄SiO2絕緣層的電容，利用低電流電場(chǎng)將數據耦合到隔離柵的另一端。
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