原创 磁隔离技术透视——磁隔离原理

磁隔离技术透视——磁隔离原理

作者：Baoxing Chen，设计工程师

磁隔离技术核心是穿越隔离阻障发射与接收信号的平面变压器。这些变压器完全由标准半导体制造工艺进行集成，变压器由被聚酰亚胺层分开的两个线圈组成，聚酰亚胺层起到隔离阻障的作用。每个线圈的直径大约是500µm,匝数15。顶部线圈粗4µm，采用金材料制成；底部线圈粗1～2µm，采用铝材料制成。

在开发数字隔离器时，确实需要考虑这些平面、芯片级的变压器的某些独特特性；还可以利用这些特性生产出创新的数字隔离器。

首先，磁隔离芯片的变压器是空心变压器—没有磁芯。为了实现紧密互耦，我们将两个15匝、直径500µm的线圈直接堆叠，空隙仅为20µm。这使得耦合系数大于0.8。

    其次，磁隔离芯片的变压器具有非常高的带宽。顶部与底部线圈的自激频率分别是1 GHz与400 MHz，线圈之间的电容小于0.3 pF。高带宽与小电容意味着磁隔离芯片能够提供极高速的数字隔离。

第三，磁隔离芯片的变压器线圈具有低电感、高阻抗，每个线圈的电感大约是110 nH，顶部金线圈阻抗是25Ω，底部铝线圈阻抗是50Ω。这样的L/R比值使得低频信号无法直接通过—如果输入信号的脉宽大于L/R比或是只有几纳秒，变压器很容易电流饱和。

为了摆脱这些线圈的低频限制，我们采用创新的编码电路通过变压器传输仅1～2 ns宽的脉冲，而不管输入信号的频率。解码电路由这些1～2 ns宽的脉冲重新恢复出输出信号。这种编码/解码方法允许磁隔离产品传输直流和高频信号。

最后，由于采用金材料制作底部线圈与顶部线圈，并通过增加线圈绕线的直径降低阻抗，我们可以优化变压器，使得能跨越隔离阻障传输能量。这样做不会影响信号隔离度。ADuM524x采用集成隔离电源技术，在一个封装内集成隔离的数据通道与电源。

利用磁隔离芯片的平面变压器的独特特征以及一些创新的电路设计，磁隔离产品可以在不影响性能的前提下，在一个封装内集成许多不同的特性与功能。

本文摘自ADI网站《数字隔离快讯》
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