数字隔离器大幅提升电路安全性

隔离器用于隔离电路之间的信号干扰，提高系统的稳定性与安全性，以往采用光电耦合器来进行电路隔离，随着CMOS工艺技术的进步，数字隔离器成了隔离工作的首选技术，本文将为您分析数字隔离器的特性与选择方式。

数字隔离器逐渐取代光电耦合器

隔离器普遍地应用在电子电路设计之中，尤其是工业电子设备通常使用直流隔离，以防止潜在的高电压危险对系统和用户造成伤害，尤其是工业电子设备必须在最恶劣的环境中稳定运作，这种环境中充斥着强电磁场、浪涌、快速瞬变、高噪声基底等不稳定因素，为了保证器件能在这种环境中长期无故障运行，设计可靠的隔离电路成为一项艰巨的任务。

在过去的四十年间，信号隔离组件往往采用光电耦合器，但是在基于硅的隔离技术取得突破之后，就涌现出更加小型化、更加快速、更加稳定，并且在成本上具备优势的数字隔离器。在许多终端设备中，这种新型的隔离器件已经开始逐步取代传统的光电耦合器。

在工业市场中使用隔离器，主要是用于器件保护、用户安全、信号电平转换和遵守安全规定的系统要求。在这些情况的要求之下，隔离器件需要通过实现额外的功能，并确保系统安全运行，来为系统增加价值。添加隔离器件通常会提升电路的性能，并且可提高组件的安全性。隔离器件可允许多个电源域共存和通信，这意味着敏感电路与开关电路会被隔离开来。现代化数字隔离技术支持大规模集成，这意味着电路组件数量可以减少，并对性能、效率、大小和成本都带来影响。

传统的光电耦合器是一种混合器件，使用LED发出的光将数据传输到隔离栅另一端的光检测器。当逻辑处于高状态时，LED打开，逻辑于低状态时，则LED关闭。由于光电耦合器功耗高，且易于老化和受温度影响，并仅能提供有限的数据速率，通常低于1Mbps。

数字隔离器件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。由于数字隔离设备使用半导体工艺技术，而不是采用光来传输数据，以便于创建变压器或电容器，通过使用这种技术，性能和功能集成都得到了改善。

虽然光电耦合器已经用于许多的设计之中，但是基于过时的LED技术，其输出会因输入电流、温度和老化而有显着变化，这将会降低了器件在生命周期内的性能。数字隔离器则可轻松提供占用空间更小的多通道隔离解决方案，由于故障率更低，可提高系统可靠性，并可提供两倍的电气噪声抗扰度，可在更宽的温度范围（-40℃至125℃）内工作，而且不会随着时间的推移老化或降低性能。

功能集和隔离性能是选择数字隔离器时要考虑的两个因素。就功能集而言，要考虑隔离信道的数量和信道配置，此外，传播延迟等时序规格也应适合您的系统。就隔离性能而言，重要的是要了解系统所需的隔离等级，瞬态噪声抗扰度和电磁辐射情况是与隔离结构相关的其他考虑因素。就隔离等级而言，鉴于系统环境，也要考虑封装的选项。

设计者决定改用数字隔离器后，首先要为各个应用选择正确的数字隔离器，一旦确定和设计了适当的器件，系统设计者便可以其典型的方式进行系统评估。此外，这些数字隔离器必须符合UL、CSA、VDE和CQC等顶级安全认证机构要求达到的相应安全标准。这些安全认证机构使用其组件安全标准来限定和指定安全组件的一分钟耐压等级，通常为2.5 kVrms、3.75 kVrms或5 kVrms，或其生命周期内的工作电压，则通常在125 Vrms至1,000 Vrms之间。为了提供浪涌保护，有些器件可以达到10 kVpk。

终端系统针对需要高达250 Vrms工作绝缘的基本绝缘和加强绝缘，所提出的两种最常见的爬电距离和电气间隙要求，分别是3.2 mm和6.4 mm。Silicon Labs的窄体SOIC封装和宽体SOIC封装分别支持大约4 mm和大约8 mm的爬电距离／电气间隙。Silicon Labs推出的Si80xx、Si83xx、Si86xx、Si87xx和Si88xx系列一至六信道双向和单向数字隔离器可支持高达5 kV的额定隔离电压，这些CMOS数字隔离器产品使设计人员能够创造出成本更低、尺寸更小、性能更高、功耗更低和更加可靠的隔离电路。Silicon Labs的隔离技术具有广泛的产品组合、工业创新证明记录，以及对卓越工程设计的坚定承诺，将可随时满足您的隔离需求。