原创 数字隔离器技术的进步:超越光耦合器

2024-4-12 16:11 347 1 1 分类: 工业电子 文集: 数字隔离器

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。设计人员之所以引入隔离,是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。

虽然光耦合器无疑可以有效地实现其目的,但进一步探索隔离技术可能会推出更符合您的应用需求的解决方案,与优雅和独创性产生共鸣。

电流隔离:目的和方法

电流隔离是确保电子系统安全、可靠性和效率的基石。它的目的是防止不需要的电流和电压在互连电路之间通过,从而防止潜在危险和信号失真。传统上,利用变压器耦合、电容器耦合和电磁辐射等方法实现交流信号的电流隔离相对简单。

然而,在处理长时间表现出稳定逻辑电平的数字信号时,就会出现挑战。在这种情况下,传统方法被证明是不够的,需要探索替代隔离技术。

什么是光耦合器?

光耦合器,也称为光隔离器,是在数字系统中实现电流隔离的重要解决方案。其基本结构包括LED、绝缘屏障和光敏半导体器件(通常为光电二极管或光电晶体管)。光耦合器背后的原理涉及利用光跨隔离栅传输信号,从而消除输入和输出电路之间直接电气连接的需要。

光耦合器在实际应用中的优缺点

虽然光耦合器已在众多应用中证明了有效性,但它们也具有值得考虑的显着优点和缺点。

优点:

有效的电流隔离:光耦合器在输入和输出电路之间提供可靠的隔离,确保信号传输的完整性。

简化电路设计:通过消除直接电气连接的需要,光耦合器简化了电路设计并降低了复杂性。

应用范围广:光耦合器因其多功能性和兼容性而在汽车、工业自动化和电信等各个行业中得到应用。

缺点:

LED电流要求:光耦合器需要大量LED电流,特别是当输入信号处于逻辑高电平时,导致电源利用率低下。

可靠性问题:光耦合器可能会遇到可靠性问题,例如LED故障、接口污染和热机械应力,从而影响长期性能。

传播延迟:光耦合器固有的操作延迟对数据传输速率施加限制,可能限制其对高速应用的适用性。

接口复杂性:光耦合器接口偏离标准逻辑门,需要额外的组件或设计工作才能将它们有效地集成到系统架构中。

制造限制:光耦合器制造技术通常会阻碍同一封装内多个通道的集成,从而限制了可扩展性和灵活性。

射频方法

数字隔离器技术的创新推动了射频(RF)方法的发展,作为光耦合器的替代方案。射频隔离器利用调制技术跨隔离栅传输数字信号,与传统光耦合器相比具有多种优势。

通过根据数字输入调制载波信号,射频隔离器仅在输入处于逻辑高电平时才传输射频信号,从而最大限度地降低功耗。这种开关键控调制可确保能源资源的有效利用,使射频隔离器特别适合低功耗电子系统。

此外,RF隔离器器件,例如Si864x系列,该系列器件具有卓越的性能和低电磁干扰(EMI)操作。这些进步解决了与功率效率和信号完整性相关的问题,将射频隔离器定位为现代电子应用中光耦合器的可行替代品。

磁隔离

数字隔离器技术中另一种有前途的方法涉及磁隔离,具有iCoupler技术的器件就是一个例子。磁隔离器利用微型变压器和控制电路来促进低频数字信号穿过隔离栅的传输,从而克服了光耦合器的局限性。

磁隔离背后的原理围绕着通过变化的磁场感应电流,从而无需直接电气连接即可传输数字信号。与传统光耦合器相比,这种创新方法在尺寸、工作频率和功耗方面具有优势。

例如,iCoupler技术可提供高效的电流隔离,同时最大限度地降低功耗并最大限度地提高信号完整性。尽管与射频隔离器相比,它对磁干扰更敏感,但磁隔离器在尺寸、效率和可靠性至关重要的应用中具有引人注目的优势。

总之,数字隔离器技术代表着超越传统光耦合器的重大进步,在实现电流隔离方面提供了更高的性能、可靠性和效率。尤其是射频和磁隔离方法已成为有前途的替代方案,解决了与光耦合器相关的限制,同时满足了现代电子系统的需求。

随着电子设备的不断发展,数字隔离器的采用势将加速,推动创新并增强各行业各种应用的安全性和功能性。通过了解数字隔离器技术的目的、方法、优点和缺点,工程师和设计人员可以做出明智的决策,以优化系统性能和可靠性。

作者: 腾恩科技-彭工, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3989641.html

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