數字隔離工作原理及電子產(chǎn)品設計分析

　　本文將重點(diǎn)對數字隔離器的工作原理，產(chǎn)品特點(diǎn)及性能等分別進(jìn)行介紹，再講解數字隔離器在電子產(chǎn)品中的部分應用。

　　當前的電子系統中，往往有很多數字信號和模擬信號需要進(jìn)行傳遞，同時(shí)要求有很高的電阻隔離特性，實(shí)現電子系統與用戶(hù)之間的隔離，多采用光耦、磁隔離和電容隔離來(lái)實(shí)現，但其功耗、速度、隔離電壓等方面往往不能達到最優(yōu)。針對隔離產(chǎn)品市場(chǎng)，Silicon Labs公司推出以無(wú)線(xiàn)傳輸來(lái)實(shí)現信號的隔離和傳遞，同時(shí)在性能方面得到了很大的提升。

　　本文將重點(diǎn)對數字隔離器的工作原理，產(chǎn)品特點(diǎn)及性能等分別進(jìn)行介紹，再講解數字隔離器在電子產(chǎn)品中的部分應用。

　　一、隔離產(chǎn)品的工作原理

　　1、按照隔離產(chǎn)品的傳播方式可以分為光耦隔離、磁隔離和電容隔離，以及Silicon Labs產(chǎn)品中采用的無(wú)線(xiàn)隔離。以光耦為例，其傳播原理如下：

　　輸入的電信號驅動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(cháng)的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。其優(yōu)點(diǎn)是信號單向傳輸，隔離電壓高，抗干擾能力強；其缺點(diǎn)也比較明顯，速度不會(huì )特別快，最高50Mbps，LED功耗較大，工作時(shí)間較長(cháng)LED很容易老化。

　　2、Silicon Labs以無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現信號的隔離和傳播，下面以Si84xx為例說(shuō)明其工作原理。

　　說(shuō)明：左邊Input做為信號的輸入，將該信號轉換為無(wú)線(xiàn)射頻信號后，右邊進(jìn)行RF接收和處理，并且通過(guò)Output將接收的信號進(jìn)行輸出。無(wú)線(xiàn)信號的調制頻率為2.4GHz左右，不在通訊頻率范圍。其調制和解調信號如下圖：

　　因為采用了無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行信號的傳遞，信號的轉換和傳遞速度快，數據傳遞速率可達到150Mbps，尺寸也可以做的很小，功耗非常低，傳播時(shí)間短，隔離電壓非常高。由于是無(wú)線(xiàn)進(jìn)行信號傳遞，容易造成電磁干擾。

　　二、Silicon Labs隔離產(chǎn)品分類(lèi)及特點(diǎn)

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品，大致可分為三類(lèi)，數字隔離，隔離門(mén)級驅動(dòng)，電流隔離傳感，如下：

　　2，產(chǎn)品特點(diǎn)。Silicon Labs隔離產(chǎn)品具有功耗低、速度快、傳播延遲短等優(yōu)點(diǎn)，是業(yè)界速度最快，集成度最高的隔離器。最高速度達到150Mbps，一個(gè)IC最高能集成6通道，隔離電壓可達到5KV，共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）高，大于25KV/uS；EMI方面，符合IEC 61000-4-8 和 IEC 61000-4-9標準。

　　3，數字隔離可供選擇的產(chǎn)品非常多，有單向、雙向及混合型的隔離產(chǎn)品，單通道和多通道的產(chǎn)品均有，如下。

　　4，產(chǎn)品的隔離性能很好，其參數如下。

　　三、Silicon Labs隔離產(chǎn)品的性能及應用

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品能消除地線(xiàn)回路的問(wèn)題，實(shí)現不同電壓的傳送，增加共模抑制比等。

　　A，消除地線(xiàn)回路應用

　　B，實(shí)現電壓傳送應用

　　C，增加共模抑制比應用

　　D，使邏輯電平兼容應用

　　2，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域中的應用

　　A，隔離ADC數據

　　特點(diǎn)是在高壓電路中傳送低壓信號，消除地線(xiàn)回路，抑制共模噪聲，低延時(shí)，高速度，可靠性高。

　　B，工業(yè)通訊隔離

　　能實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)，器件總線(xiàn)，控制總線(xiàn)的隔離，能是用戶(hù)和系統之間進(jìn)行保護和隔離，傳輸速度快而且可靠性高。

　　3，Silicon Labs隔離產(chǎn)品Si8405等能實(shí)現I2C的雙向隔離，比光耦減少1/3空間，支持35mA開(kāi)路輸出，外圍電路僅需要兩個(gè)電阻和電容，支持時(shí)鐘速度達1.7MHz。

　　在傳統的I2C通訊隔離中，需要將兩套單向的隔離器件重復使用，才能將信號雙向信號（比如Data）進(jìn)行有效的隔離。

　　4，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在能源系統中的應用，典型的有開(kāi)關(guān)電源，燈光照明，逆變器，馬達控制等等，在系統的應用機會(huì )如下：

　　Silicon Labs的數字隔離器件，具有速度高、隔離電壓高、功耗低、可靠性高的特點(diǎn)，能很好的應用于電子產(chǎn)品中，并且可供選擇的產(chǎn)品類(lèi)型眾多。在電子系統的應用中，Silicon Labs的數字隔離器件能很好地消除地線(xiàn)回路，增加共模抑制比，通訊數據隔離。