從典型案例看數字隔離與傳統隔離解決方案的技術(shù)抉策

圖3:某知名企業(yè)的四通道光耦合器件(左圖)與ADI四通道iCoupler（右圖）的封裝尺寸對比。

廣泛的產(chǎn)品系列為此類(lèi)應用提供了更具針對性的選擇。業(yè)界具有大量應用的ADI公司電磁流量計參考設計中就采用了1kV四通道數字隔離器ADuM7441實(shí)現基本的電氣隔離。與大部分四通道隔離器采用16引腳SOIC寬體封裝不同，該器件采用小型16引腳QSOP封裝，相比之下可節省幾乎70%的電路板空間，卻仍能耐受高隔離電壓，并且符合UL和CSA標準（正在申請中）等法規要求。此外，ADuM7441功耗極低，在高達25Mbps的數據速率下，其功耗僅為同類(lèi)隔離器的十分之一至六分之一。如果設計需要2.5kV的隔離等級，還可以選擇雙通道數字隔離器ADuM320x或四通道數字隔離器ADuM140x，此兩個(gè)系列的數字隔離器同樣基于ADI公司iCoupler技術(shù)，同樣具有卓越的低功耗特性，非常適合電池供電的電磁流量計的設計。

電力計量中，iCoupler數字隔離技術(shù)同樣形成了對傳統光電耦合器的替代趨勢。兼容直流的電流互感器一直用于檢測智能電表中的交流電流，但它有一些缺點(diǎn)，而且很昂貴。對于某些應用，分流電阻是更好的電流傳感器選擇，因為它價(jià)格低廉、具有高線(xiàn)性度并且抗磁場(chǎng)干擾。然而，分流電阻不具有電流互感器所固有的電氣隔離特性。在要求隔離的智能電表中，采用隔離電源技術(shù)的數字隔離器與分流電阻結合可提供一種良好的解決方案。iCoupler數字隔離器由于性能優(yōu)于傳統的光耦合器，并且支持多種串行通信(SPI、I2C或UART)，獲得電力計量企業(yè)的大量采用。ADI在2012年更專(zhuān)為三相電能計量應用而推出了集成ADI公司的iCoupler和isoPower專(zhuān)利技術(shù)的一款3通道、Σ道、型ADC術(shù)的一款能計量應用，通過(guò)額定5kV的隔離勢壘實(shí)現隔離信號傳輸和DC-DC電源轉換，從而可使用分流電阻傳感元件，而非電流互感器，大大降低成本而且不受磁場(chǎng)干擾和竊電篡改的影響。

二、醫療應用，iCoupler解決安全至關(guān)重要的隔離需求

IEC-60601-1、EN 6061-1-2和UL 6061-1等系列標準是關(guān)于醫療電子產(chǎn)品的基礎安全標準，對觸電危害防護要求有明確的規定，隔離技術(shù)的應用是滿(mǎn)足這些標準要求的關(guān)鍵。為滿(mǎn)足這些標準，安全通信解決方案領(lǐng)域全球領(lǐng)先企業(yè)Lantronix就在其新型EDS-MDn多端口醫療設備服務(wù)器的每一個(gè)端口都采用了iCoupler數字隔離技術(shù)實(shí)現其電流隔離。EDS-MD的電流隔離功能可為諸如此類(lèi)連接設備提供最高等級的安全性，有助于確保將接地故障、功能故障等限制在單個(gè)端口，避免影響EDS-MD本身或者其他連接設備的完整性或可用性。

借助這些隔離器，Lantronix的設計工程師們得以增加隔離通道的總數，最終使數據速率和時(shí)序規格比基于光耦合器的設計提高了4倍。通過(guò)放棄體積較大的光耦合器和其他額外的外部元件，Lantronix的設計師們還降低了系統尺寸、提高系統集成度，同時(shí)降低了整體設計的復雜性和成本。與競爭產(chǎn)品相比，EDS-MD元件數的減少使電路板總空間降低了40%，進(jìn)而有助于護理點(diǎn)節省寶貴的床邊空間。iCoupler數字隔離器的功耗比光耦合器最多低90%，為L(cháng)antronix的EDS-MD設計工程師帶來(lái)了更大的設計靈活性，使其可以輕松實(shí)現功耗目標。

圖4：Lantronix新型EDS-MDn多端口醫療設備服務(wù)器。

類(lèi)似的應用還有很多——中國最大的醫療器械制造商之一的北京超思電子在其全功能病人監護儀MMED6000DP系列產(chǎn)品中，同樣舍棄一直沿用的光耦器件而采用了iCoupler數字隔離產(chǎn)品。iCoupler和isoPower技術(shù)組合為MMED6000DP提供了最佳的隔離平臺，使該監護儀在滿(mǎn)足5kV的隔離等級條件下，性能、集成度、成本和尺寸多個(gè)方面實(shí)現對光耦隔離方案的全面超越。

三、高集成度、小尺寸優(yōu)勢滿(mǎn)足高密度航空應用

衛星的電源系統至關(guān)重要，任何故障都有可能給航天器造成嚴重損壞，使其無(wú)法完成任務(wù)。西門(mén)子航空航天業(yè)務(wù)集團PowerSCOE項目就是這樣的系統，該系統每個(gè)通道都包含輔助模擬輸入及數字和模擬輸出，因此最大的挑戰是要確保100個(gè)通道彼此隔離。PCB上有100多路模擬和數字I/O，面對如此高的PCB密度，傳統的光耦合器和DC/DC轉換器解決方案已無(wú)能為力。

該系統最終采用了ADI公司高度集成的iCoupler數字隔離技術(shù)。集成隔離式isoPower DC/DC轉換器的數字隔離器基于iCoupler技術(shù)，在5.0 V電壓（5.0 V輸入電源）或3.3 V電壓（3.3 V或5.0 V輸入電源）下，隔離器集成的DC/DC轉換器可提供最高500mW的隔離穩壓電源。iCoupler芯片級變壓器技術(shù)提供隔離電源并用于隔離四通道的邏輯信號，低功耗隔離設計中無(wú)需使用分立的隔離式DC/DC轉換器。因此，與光耦合器和分立解決方案相比，這種解決方案所用的器件更少，尺寸更小，成本效益更高。

利用高度集成的數字隔離器，西門(mén)子航空航天業(yè)務(wù)集團的設計工程師得以提高一個(gè)控制模塊所容納的隔離數據端口數量，而無(wú)需加大模塊尺寸，即使每個(gè)端口都需要自己的隔離電源。PowerSCOE保護板具有170個(gè)iCoupler器件。如果使用其它解決方案，如光耦合器