解讀高速數(shù)字電路中電子隔離應(yīng)用技巧

3.5 瞬態(tài)抗擾度

高轉(zhuǎn)換率(高頻率)瞬態(tài)可以破壞一個(gè)隔離層上的數(shù)據(jù)傳輸。該隔離層電容提供了一個(gè)如圖11所示的通道，使瞬態(tài)事件穿過隔離層，并破壞輸出波形。一個(gè)法拉第屏蔽可以使這種在光耦合器或電感耦合器中的位移電流的一部分遠(yuǎn)離重要的輸出結(jié)構(gòu)。

圖11：隔離層電容。

在電容耦合解決方案中，法拉第屏蔽并非是一種可行的解決方案。除了瞬態(tài)以外，法拉第屏蔽還會(huì)阻塞用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾妶?chǎng)。為了提供瞬態(tài)抗擾度，ISO72x系列電容隔離器只傳輸fo信號(hào)(信號(hào)中僅代表最高頻率能量的數(shù)據(jù)信號(hào))。這樣就允許有一個(gè)噪聲頻率高阻抗的小耦合電容。其他噪聲則來自在隔離層上傳輸數(shù)據(jù)的差分技術(shù)。圖9顯示了穿過電容隔離層的四個(gè)信號(hào)；兩個(gè)包含低信號(hào)速率信息，另外兩個(gè)包含高信號(hào)速率信息。通過使用差分技術(shù)，可以在真正的和補(bǔ)償信號(hào)中看到任何穿過隔離層的剩余共模瞬態(tài)，而且差分接收機(jī)對(duì)其進(jìn)行了抑制。如表2所示， ISO72x系列的瞬態(tài)抗擾度和所有具可比性的高達(dá)25kV/us的器件一樣高。

3.6 自動(dòng)防護(hù)

數(shù)據(jù)線電路和數(shù)字隔離器需要注意的一點(diǎn)就是輸入信號(hào)損耗的輸出狀態(tài)。輸入損耗可能出現(xiàn)在線纜斷開或直接從隔離器輸入端去除電源。自動(dòng)防護(hù)是指在輸入損耗狀態(tài)下一個(gè)決定性的或已知的輸出狀態(tài)。ISO72x系列使用一個(gè)周期脈沖來確定輸入結(jié)構(gòu)是否有電，并且是否正在工作。如果隔離器的輸出端在4us以后沒有接收到一個(gè)脈沖，那么該輸出被設(shè)置為一個(gè)高狀態(tài)。ADI推出的ADum1100也在 IC的輸出部分集成了一個(gè)自動(dòng)防護(hù)電路。安華高科技推出的光解決方案(HCPL-0721及-0723)沒有提及自動(dòng)防護(hù)，而電感GMR解決方案 (HCPL-0900)明確地描述了在電源排序期間輸出的不確定性質(zhì)。

3.7 功耗

除了隔離層上信號(hào)傳輸?shù)男手?，輸入和輸出調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)同功耗的相關(guān)性最大。如表3所示，與電感或電容實(shí)例相比，光耦合器的功耗會(huì)更高。

3.8 可靠性

故障前平均工作時(shí)間(MTTF)是半導(dǎo)體設(shè)備可靠性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法。對(duì)于數(shù)字隔離器而言，這種測(cè)量表示集成電路和隔離機(jī)制的可靠性。表4顯示了一款光、電感和電容數(shù)字隔離器的MTTF。與電感及光解決方案相比，ISO721非常可靠。

ADuM1100可靠性數(shù)據(jù)表沒有明確地說明MTTF，但是其提供了可靠性測(cè)試的結(jié)果。表5顯示了ISO721和 ADuM1100可靠性測(cè)試的參數(shù)。

3.9 外部磁場(chǎng)抗擾度

圖12對(duì)比了ADuM1100和ISO72x(沒有找到HCPL-0900的數(shù)據(jù))的磁場(chǎng)抗擾度。相對(duì)來說盡管這兩個(gè)實(shí)例均對(duì)磁場(chǎng)有一定的抗擾度，但是ISO72x提供了更大的裕度。如前面所述，光耦合隔離層電路對(duì)外部磁場(chǎng)具有內(nèi)在的磁化抗擾度。

圖12：對(duì)外部磁場(chǎng)的敏感度。

4. 本文小結(jié)

噪聲降低和噪聲保護(hù)使得隔離器在那些隔離器中斷接地環(huán)路并將接地電壓差隔離的電子電路中得到廣泛使用。設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在擁有許多用來進(jìn)行數(shù)字信號(hào)隔離的選擇，包括TI推出的ISO72x系列，其在信號(hào)速率、電介質(zhì)擊穿電壓、瞬態(tài)抗擾度、功耗、磁場(chǎng)抗擾度以及可靠性等重要特性方面均表現(xiàn)不俗。表6對(duì)本報(bào)告中所討論實(shí)例的這些特性進(jìn)行了總結(jié)。