原创 深入了解数字隔离器：革命性的隔离技术

数字隔离器已成为光耦合器的一种更优越的替代品，具有尺寸更小、速度更快、功耗更低、集成更简单和可靠性更高等优点。

在过去，设计工业、医疗和其他隔离系统的工程师在安全隔离方面的选择有限，通常默认使用光耦合器。如今，数字隔离器提供了更先进的解决方案，在性能、紧凑性、能效和成本效益方面均表现出色。选择合适的数字隔离器需要了解三个关键方面：绝缘材料、内部结构和数据传输方法。

使用隔离主要是为了符合安全标准并减少接地环路的干扰，确保无需直接电气连接即可传输数据。虽然隔离是必要的，但它带来了信号延迟、功耗增加和额外成本等挑战。数字隔离器的目标是在符合安全标准的同时尽量减少这些缺点。

光耦合器是传统的隔离选择，但通常功耗高且数据传输速率有限（通常低于1Mbps）。虽然存在更新、更高效的版本，但它们的成本是较高的。

十多年前开始商业化的数字隔离器通过使用基于CMOS的技术解决了光耦合器的局限性。这些隔离器可大幅降低成本和功耗，同时实现更高的数据传输速度。数字隔离器的有效性取决于其绝缘材料、结构设计和数据传输方法，所有这些因素必须协同工作才能在不影响安全性的情况下保持性能。

绝缘材料：

数字隔离器采用标准半导体材料制造，最常见的是聚酰亚胺和二氧化硅(SiO2) 等聚合物。这些材料的绝缘性能已得到充分认可，聚酰亚胺作为可靠的高压绝缘体有着悠久的历史。

安全法规通常要求特定的耐压额定值和工作电压。基于聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器非常相似，具有出色的绝缘性能，特别适合需要高可靠性和浪涌保护的应用。聚酰亚胺可以涂在比SiO2 更厚的层上，从而增强绝缘性能并减少材料应力，从而提高耐用性。

隔离器结构设计：

在数字隔离器中，数据通过变压器磁性传输或通过电容器电气传输穿过隔离屏障。与使用发光二极管(LED) 的光耦合器不同，数字隔离器中的变压器通过磁场在次级线圈中感应电流，提供出色的共模瞬变免疫力，并实现更厚的绝缘层以增强隔离。

相比之下，电容器使用电场来传输数据。尽管电容器在高数据速率下更节能，但它们更容易受到共模瞬变的干扰。使用差分电容器对可以缓解此问题，但代价是增加尺寸和成本。

数据传输方法：

光耦合器依靠LED 传输数据，当 LED 亮起时，LED 会持续消耗电力，从而使其效率降低。然而，数字隔离器使用先进的电路来编码和解码数据，从而实现更快的传输速度和管理 USB 和 I2C 等复杂接口的能力。

数字隔离器中使用的一种方法是将数据边缘编码为驱动变压器的单脉冲或双脉冲。与光耦合器相比，这种方法显著降低了功耗，因为仅在脉冲期间使用功率，而不是连续使用。另一种方法涉及射频调制信号，虽然功耗更大，但在概念上类似于光耦合器中的基于光的传输。

选择最佳数字隔离器：

数字隔离器在尺寸、速度、功耗和用户友好性方面具有众多优势。但是，对于给定应用，最佳数字隔离器取决于绝缘材料、内部结构和数据传输方法的组合。聚酰亚胺基隔离器非常适合医疗和重工业设备等要求严格的应用，这些应用需要强隔离。对于要求不高的情况，基于电容器的隔离器可能就足够了，而采用差分数据传输方法的基于变压器的隔离器可为安全关键应用提供最高级别的性能。