隨著越來越多的工業(yè)和通訊設(shè)備智能化，提供了更多的大功率系統(tǒng)控制和反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率并使系統(tǒng)成本減少，當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)隔離器的需求也與日俱增。 從整體上來說，盡管市場(chǎng)需求出現(xiàn)極大增長(zhǎng)，數(shù)字隔離器的價(jià)格依然會(huì)保持穩(wěn)定。雖然在隔離器零部件方面一直存在著價(jià)格壓力，但當(dāng)今的隔離器解決方案仍在不斷增加新的特性，諸如低功率模式和安全能力。因此，當(dāng)今市場(chǎng)上隔離器解決方案將會(huì)繼續(xù)在提升價(jià)值的同時(shí)保持長(zhǎng)期的較低價(jià)格。 隔離器從原理上一般分為三類：光電隔離器，電感式隔離器和電容隔離器。習(xí)慣上將第一類稱為光耦，后面兩類稱為隔離器。這三類隔離器應(yīng)用廣泛，各有優(yōu)缺點(diǎn)，其主要廠商都不斷投入新的研發(fā)以獲得更大市場(chǎng)份額。光耦方面，Avago、Vishay、Toshiba、松下、NEC，以及臺(tái)灣冠西、佰鴻等都是行業(yè)翹楚，尤以Avago占市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位。隔離器市場(chǎng)則以ADI、NVE、TI、Silicon Labs等廠商占主力。 光耦是70年代發(fā)展起來的隔離器件，它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一，包括晶體管耦合器、高速集成電路輸出耦合器、三端雙向可控硅耦合器以及光控繼電器等，廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大及固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。 光耦的主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)。這種情形下，速度與功耗成為采購關(guān)注焦點(diǎn)。不同的應(yīng)用對(duì)光耦的速度要求也有所不同，例如在通信應(yīng)用中，DeviceNet規(guī)定了相對(duì)較低的數(shù)據(jù)速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，傳播延遲要求小于40ns；CAN總線規(guī)定了125kBd低速和1MBd高速數(shù)據(jù)速率，但對(duì)傳播延時(shí)沒有嚴(yán)格的要求；Profibus發(fā)送數(shù)據(jù)則要求在12MBd范圍內(nèi)，并規(guī)定了隔離器、收發(fā)器和連接本身的PWD總延時(shí)。近日安華高推出了兩款車用級(jí)高速低功耗數(shù)字CMOS光電耦合器產(chǎn)品ACPL-M71T和ACPL-M72T，都使用較低驅(qū)動(dòng)電流和較低功耗的LED技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，適合高速15MBd和低速數(shù)字應(yīng)用。Vishay近期推出的兩款采用標(biāo)準(zhǔn)SOP-5封裝的高速模擬光耦VOM452T/453T除了速度達(dá)到1MBd外，傳播延遲更是減小到了1μs，這一點(diǎn)對(duì)需要比標(biāo)準(zhǔn)光電晶體管光耦更快開關(guān)速度的應(yīng)用是非常重要的。 在低功耗方面，以安華高的最新產(chǎn)品超低功耗光電耦合器產(chǎn)品ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L為例，它們比目前標(biāo)準(zhǔn)光電耦合器省電90%。這些光電耦合器可采用獨(dú)特的集成電路設(shè)計(jì)和厚絕緣層材料，在不影響隔離和絕緣性能的條件下大幅度節(jié)省功耗，目標(biāo)市場(chǎng)包括RS485、CANBus和I²C等通信接口、微處理器系統(tǒng)接口，以及A/D和D/A等模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的數(shù)字隔離。這些光電耦合器集成有高效率發(fā)光二極管LED和高增益光檢測(cè)器，帶來允許設(shè)計(jì)工程師直接將光電耦合器輸入和微控制器輸出連接的1.6mA低順向驅(qū)動(dòng)電流，節(jié)省了使用緩沖器推動(dòng)LED的需求。 除了對(duì)速度和功耗的要求，光耦產(chǎn)品也正在趨向于低電壓特性，由于越來越多的產(chǎn)品逐漸轉(zhuǎn)向更低的供電電壓，這也要求光耦具有低電壓來滿足系統(tǒng)的需求。此外，隨著系統(tǒng)集成度不斷提高，工作環(huán)境日趨嚴(yán)格，光耦產(chǎn)品的體積、工作溫度都受到前所未有的關(guān)注。仍以安華高產(chǎn)品為例，ACPL-570xL/573xL/177xL系列密封型光電耦合器，工作溫度范圍從 -55到+125℃，這些新光電耦合器產(chǎn)品可以在低達(dá)3.0V的電源電壓工作，不會(huì)影響參數(shù)的性能表現(xiàn)。 近些年來，本土廠商在光耦市場(chǎng)的力量也開始顯現(xiàn)，如上海半導(dǎo)體器件八廠、上海無線電十七廠等。重慶光電技術(shù)研究所為適應(yīng)市場(chǎng)需要研制出了一種由高速響應(yīng)發(fā)光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益電耦合器，這種光電耦合器的輸入端由兩只GaAIAs側(cè)面發(fā)光管組成，其輸出端由兩只Si-PIN光電探測(cè)器以及兩個(gè)高速高增益線性放大電路組成。除此之外，重慶光電技術(shù)研究所還研制出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號(hào)光電耦合器、GG2060I型高壓脈沖測(cè)量光電耦合器、GH1204U型高壓光傳輸光電耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光電耦合器等。 ［轉(zhuǎn)下一頁：數(shù)字隔離器代替?zhèn)鹘y(tǒng)光耦的跡象出現(xiàn)］

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{pagination} 在隔離方面，光電隔離可謂是老大哥了，也是最為我們所熟知的一種隔離器件。不過，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，光耦的速率、LED老化、可靠性、功耗過高等缺點(diǎn)也暴露出來。對(duì)此，Silicon Labs隔離器產(chǎn)品總監(jiān)Diwakar Vishakhadatta表示：“傳統(tǒng)光耦合器產(chǎn)品的最大問題是在可靠性和操作性方面存在弱點(diǎn)。隨著老化，它們的性能也隨之下降；并且，當(dāng)在較高溫度下操作時(shí)，實(shí)際上老化過程會(huì)加劇。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員開始認(rèn)識(shí)到，通過轉(zhuǎn)向基于CMOS的數(shù)字隔離器，他們可實(shí)現(xiàn)更高的集成、更快的速度、更低的功率和更加強(qiáng)健的設(shè)計(jì)?！?

Silicon Labs隔離產(chǎn)品總監(jiān)Diwakar Vishakhadattab6Xesmc

順應(yīng)這種趨勢(shì)，Silicon Labs在2010年推出了5kV額定數(shù)字隔離器和隔離門驅(qū)動(dòng)程序。Diwakar Vishakhadatta自豪宣稱，這些數(shù)字隔離器產(chǎn)品在市場(chǎng)上得到非常積極的反響，在消費(fèi)、工業(yè)、通訊、網(wǎng)絡(luò)和廣播視頻應(yīng)用等領(lǐng)域得到部署廣泛。5kV Si84xx數(shù)字隔離器已開始提供樣品并已量產(chǎn)。采用寬體SOIC-16封裝的5kV Si84xx器件，在一萬顆采購量時(shí)，單價(jià)為0.86美元起。 “Silicon Labs的數(shù)字隔離器比光耦合器可靠性高10倍，這就降低了整體系統(tǒng)成本并增強(qiáng)了使用這些隔離器解決方案的最終產(chǎn)品的可靠性。另外，Silicon Labs的數(shù)字隔離器具有業(yè)界最快的性能表現(xiàn)，在單個(gè)封裝中可提供高達(dá)150Mbps的速度和最多6個(gè)隔離通道。Silicon Labs的隔離門驅(qū)動(dòng)程序同樣也比光耦合器甚至其他數(shù)字隔離器提供商具有更高的集成和保護(hù)水平。在單個(gè)封裝設(shè)計(jì)中可提供2個(gè)隔離門驅(qū)動(dòng)器，使它們極為適合電源系統(tǒng)和電機(jī)控制應(yīng)用?！?Diwakar Vishakhadatta補(bǔ)充道，Silicon Labs數(shù)字隔離器至今出貨量已超過7,500萬個(gè)通道，且RF隔離架構(gòu)已通過市場(chǎng)考驗(yàn)，并在許多工業(yè)、能源管理、通信和廣播應(yīng)用中獲得驗(yàn)證。 Silicon Labs的CMOS數(shù)字隔離器正是電感式隔離器的代表性產(chǎn)品之一，電感式隔離器另外一種主要的代表性產(chǎn)品是ADI公司脈沖調(diào)制iCoupler隔離器。電感式隔離器使用不斷變化的磁場(chǎng)來通過隔離層實(shí)現(xiàn)通信，它的優(yōu)勢(shì)是可以在不明顯降低差模信號(hào)的情況下最小化變壓器的共模噪聲，并且信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換效率極高，因而可以實(shí)現(xiàn)低功耗隔離器。 ADI公司的iCoupler隔離器是基于芯片尺寸變壓器的磁耦合器，是采用脈沖調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字隔離器件。iCoupler技術(shù)消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問題，功耗降低了90%，并且無需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件。在同樣的信號(hào)數(shù)據(jù)速率下，iCoupler產(chǎn)品的功耗是光耦的十分之一到六分之一(例如，在3V電源、0Mbps至2Mbps條件下，每通道的最大電流為0.8mA)。iCoupler數(shù)字隔離器采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、符合RoHS的小型SOIC(小外形集成電路)封裝。 今年上半年，三菱汽車公司已采用ADI的iCoupler數(shù)字隔離器開發(fā)用于下一代“i-MiEV”全電動(dòng)汽車的安全可靠和高效的鋰離子電池供電系統(tǒng)。ADI公司汽車部副總裁Thomas Wessel表示：“ADI公司的ADuM1402W和ADuM1201W iCoupler數(shù)字隔離器能夠用來實(shí)現(xiàn)跨越高電壓鋰離子電池系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)汽車電子系統(tǒng)之間的安全隔離阻障傳送數(shù)據(jù)。iCoupler隔離器還能滿足其他要求，例如小尺寸、低功耗和延長(zhǎng)電池壽命，從而為汽車提供更長(zhǎng)巡航距離和更長(zhǎng)使用壽命?！? 目前，已有超過3億個(gè)隔離通道采用了ADI公司專有的iCoupler技術(shù)。與傳統(tǒng)光電耦合器中使用LED和光電二極管不同，這種技術(shù)基于芯片級(jí)變壓器，支持更高的數(shù)據(jù)速率和更低的功耗，性能更加穩(wěn)定。通過使用晶圓級(jí)工藝制造變壓器，iCoupler通道能以較低成本相互集成以及與其它半導(dǎo)體功能集成在一起。 以ADuM640x四通道隔離器系列為例，這些四通道隔離器具備5kV rms醫(yī)用隔離等級(jí)(IEC 60601-1認(rèn)證正在進(jìn)行中)，以及不同通道配置和數(shù)據(jù)速率的四個(gè)獨(dú)立隔離通道。片上isoPower隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器支持5.0V或3.3V工作，可提供高達(dá)500mW的穩(wěn)壓隔離電源。在低功耗隔離設(shè)計(jì)中這就可省去獨(dú)立的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。這些新型iCoupler四通道隔離器優(yōu)于諸如帶外部DC/DC轉(zhuǎn)換器的光耦等分立解決方案，因?yàn)樾滦蚷Coupler隔離器可同時(shí)將成本和電路板空間減少高達(dá)50%，并且能縮短上市時(shí)間。 iCoupler隔離器目前已大量應(yīng)用于電力自動(dòng)化、工業(yè)測(cè)量、樓宇控制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)控制、汽車車體通訊、儀器儀表、航天航空等產(chǎn)品及領(lǐng)域；在鐵路、衛(wèi)星接收、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步擴(kuò)大。 電感隔離的缺點(diǎn)之一是易受外部磁場(chǎng)(噪聲)的干擾。與此相對(duì)，電容隔離產(chǎn)品則有很強(qiáng)的抗磁干擾能力，同時(shí)還具備很穩(wěn)定的可靠性、耐用性及抗瞬態(tài)電壓能力，適用于工廠自動(dòng)化、過程控制(PLC)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等有干擾的高電壓應(yīng)用場(chǎng)合。電容耦合的缺點(diǎn)是無差分信號(hào)，并且噪聲與信號(hào)共用同一條傳輸通道，這就要求信號(hào)頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的噪聲頻率。如同電感耦合一樣，電容耦合也存在帶寬限制，并需要時(shí)鐘編碼數(shù)據(jù)。 TI隔離器采用片上高電壓電容器，可提高數(shù)據(jù)傳輸速度，而功耗低于通用的高性能光耦合器。以SO722x隔離器產(chǎn)品為例，它在不同的溫度和濕度條件下性能穩(wěn)定，使用壽命超過25年。ISO722x系列提供三種速度選項(xiàng)：1Mbps、25Mbps與150Mbps。TI新近推出的低功耗5KVrms雙通道數(shù)字隔離器ISO7520C傳輸延遲小于20ns,工作電壓為3.3V或5V，最高傳輸速度為1Mbps，與隔離電源配合使用，能阻止干擾或損壞敏感電路的噪聲電流。

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