利用數字隔離器優(yōu)化隔離系統設計

　　由于磁性數字隔離器大部分功率消耗于從一個(gè)狀態(tài)切換至另一狀態(tài)時(shí)，故功耗與工作頻率呈比例關(guān)系。因此，處于空閑狀態(tài)或者開(kāi)關(guān)速度極低的通道功耗非常小。一旦已確定應用的最大串行時(shí)鐘速率，即可設計電源來(lái)提供支持該速率的充足電流。在利用光耦合器進(jìn)行設計時(shí)，必須確保LED處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)電路始終處于空閑狀態(tài)，以將功耗降至最低。

　　光耦合器技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)已超過(guò)30年；一些工程師對轉向新的隔離器技術(shù)保持謹慎。大多數制造商都要將產(chǎn)品提交監管機構批準，并清楚展示其隔離器通過(guò)了哪些標準。諸如ADI公司數字隔離器的器件均以聚酰亞胺為絕緣體，這種材料也用于許多光耦合器之中。在某些情況下，它們是按照與光耦合器相同的安全標準進(jìn)行測試，而在其他情況下（如VDE V 0884-10），則專(zhuān)門(mén)針對數字隔離器制定了具體標準。例如，表1展示了ADuM140x系列隔離器的機構認證。

　　其他問(wèn)題涉及數字隔離器承受過(guò)壓浪涌的能力，以及它們對共模電壓和磁場(chǎng)干擾形式的瞬變的抗干擾能力。幸運的是，借助聚酰亞胺絕緣材料，ADI公司的數字隔離器可以承受最高6 kV的浪涌達10秒。由于隔離柵上只有極低的寄生電容，因此，磁性隔離器相對于其他技術(shù)還具有極佳的共模瞬變抗擾度（CMTI）。例如，典型高速光耦合器的CMTI規格為1至10 kV/μs，而磁性數字隔離器可抑制35 kV/μs以上的共模瞬變。

　　乍一看，對磁場(chǎng)干擾的擔心似乎非常合理，因為采用微變壓器的隔離器利用磁場(chǎng)來(lái)橫跨隔離柵發(fā)射脈沖。有人可能認為，足夠強的磁場(chǎng)可能會(huì )干擾脈沖，從而導致輸出錯誤。然而，由于變壓器及其空芯的半徑非常小，因此只有非常大的磁場(chǎng)或極高的頻率才能產(chǎn)生故障。圖2所示的最大容許電流和頻率仍可以保證AD344x隔離器的輸出無(wú)故障。例如，只有超過(guò)500 A（1 MHz，距離器件 5 mm）的電流才可能觸發(fā)故障輸出。理論上，產(chǎn)生錯誤輸出所需要的幅度和頻率組合遠遠超過(guò)了絕大多數應用的范圍。

　　圖2.ADuM344x可保證無(wú)錯運行的最大容許電流和頻率

　　高速運行

　　當隔離測量系統使用高采樣速率時(shí)，用光耦合器隔離串行總線(xiàn)可能是比較困難的任務(wù)。接收器光電二極管的寄生電容限制了光耦合器傳輸數字信號的速度。您可以通過(guò)增加來(lái)自L(fǎng)ED的光量來(lái)提高該寄生電容的充電速度，但這樣做會(huì )增加功耗。另外，很少有光耦合器在每個(gè)封裝內只沿同一方向提供兩個(gè)以上的通道，而且通常不包括與通道間匹配相關(guān)的時(shí)序規格。雖然假定同一封裝中的光耦合器之間具有良好匹配合乎邏輯，但缺少印制的規格意味著(zhù)您必須做出工程設計假設。與依賴(lài)非印制規格的情況相同，大多數謹慎的工程師會(huì )選擇留出充足的設計裕量，工作性能遠遠低于采用單個(gè)光耦合器時(shí)數據手冊指示的性能。

　　使用數字隔離器的另一優(yōu)勢是，產(chǎn)品可采用4通道器件形式，保證速度最高可達150 Mbps。另外，所有數字隔離器制造商都在數據手冊的時(shí)序部分提供了保證通道間匹配規格。例如，ADI公司的ADuM344x隔離器在整個(gè)工作溫度范圍內的保證通道間傳播延遲失配小于2 ns。實(shí)際使用中，這意味著(zhù)可以在數據手冊列出的速度下使用數字隔離器，而無(wú)需針對較大或未知的器件間或通道間偏斜來(lái)下調系統性能。

　　圖3.可以用單個(gè)ADM2682E實(shí)現全雙工、隔離式RS-485接口

　　集成

　　由于數字隔離器技術(shù)兼容標準CMOS工藝，因此，集成額外的功能以簡(jiǎn)化系統設計相對較容易。例如，傳統的熱電偶測量器件可能用多個(gè)光耦合器來(lái)實(shí)現低速SPI接口，并用具有驅動(dòng)器和調節器的隔離變壓器來(lái)為隔離前端供電。利用集成隔離電源的數字隔離器（如 ADuM5401），整個(gè)隔離系統成為帶四個(gè)數據通道和隔離電源的單個(gè)集成電路。與使用分立隔離器和隔離電源相比，這種方式提高了可靠性，節省了大量電路板空間，降低了成本。