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数字隔离器的基本概念及选择三要素

  数字隔离器是电子系统中,数字信号和模拟信号进行传递时,使其且具有很高的电阻隔离特性,以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片,多采用光耦、磁隔离和电容隔离来实现,但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。

  输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出,这就完成了电-光-电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系,对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是:绝缘材料、结构和数据传输方法。

  数字隔离器采用晶圆CMOS工艺制造,仅限于常用的晶圆材料。非标准材料会使生产复杂化,导致可制造性变差且成本提高。常用的绝缘材料包括聚合物(如聚酰亚胺PI,它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有众所周知的绝缘特性,并且已经在标准半导体工艺中使用多年。聚合物是许多光耦合器的基础,作为高压绝缘体具有悠久的历史。

  数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端,光耦合器则是使用LED发出的光。

  光耦合器使用LED发出的光将数据跨越隔离栅传输-LED点亮时表示逻辑高电平,熄灭时表示逻辑低电平。当LED点亮时,光耦合器需要消耗电能;对于关注功耗的应用,光耦合器不是一个好的选择。多数光耦合器将输入端和/或输出端的信号调理留给设计人员实现,而这并不一定是非常简单的工作。

  数字隔离设备是为符合安全规定而创建的,同时可最大限度地发挥现代化CMOS技术的优势。为此,数字隔离设备使用半导体工艺技术来创建变压器或电容器,以便传输数据而不是传输光。通过使用这种技术,性能和功能集成都得到了改善。

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