數(shù)字隔離工作原理及電子產(chǎn)品設(shè)計分析

　　本文將重點對數(shù)字隔離器的工作原理，產(chǎn)品特點及性能等分別進行介紹，再講解數(shù)字隔離器在電子產(chǎn)品中的部分應用。

　　當前的電子系統(tǒng)中，往往有很多數(shù)字信號和模擬信號需要進行傳遞，同時要求有很高的電阻隔離特性，實現(xiàn)電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離，多采用光耦、磁隔離和電容隔離來實現(xiàn)，但其功耗、速度、隔離電壓等方面往往不能達到最優(yōu)。針對隔離產(chǎn)品市場，Silicon Labs公司推出以無線傳輸來實現(xiàn)信號的隔離和傳遞，同時在性能方面得到了很大的提升。

　　本文將重點對數(shù)字隔離器的工作原理，產(chǎn)品特點及性能等分別進行介紹，再講解數(shù)字隔離器在電子產(chǎn)品中的部分應用。

　　一、隔離產(chǎn)品的工作原理

　　1、按照隔離產(chǎn)品的傳播方式可以分為光耦隔離、磁隔離和電容隔離，以及Silicon Labs產(chǎn)品中采用的無線隔離。以光耦為例，其傳播原理如下：

　　輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。其優(yōu)點是信號單向傳輸，隔離電壓高，抗干擾能力強；其缺點也比較明顯，速度不會特別快，最高50Mbps，LED功耗較大，工作時間較長LED很容易老化。

　　2、Silicon Labs以無線的方式實現(xiàn)信號的隔離和傳播，下面以Si84xx為例說明其工作原理。

　　說明：左邊Input做為信號的輸入，將該信號轉(zhuǎn)換為無線射頻信號后，右邊進行RF接收和處理，并且通過Output將接收的信號進行輸出。無線信號的調(diào)制頻率為2.4GHz左右，不在通訊頻率范圍。其調(diào)制和解調(diào)信號如下圖：

　　因為采用了無線信號進行信號的傳遞，信號的轉(zhuǎn)換和傳遞速度快，數(shù)據(jù)傳遞速率可達到150Mbps，尺寸也可以做的很小，功耗非常低，傳播時間短，隔離電壓非常高。由于是無線進行信號傳遞，容易造成電磁干擾。

　　二、Silicon Labs隔離產(chǎn)品分類及特點

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品，大致可分為三類，數(shù)字隔離，隔離門級驅(qū)動，電流隔離傳感，如下：

　　2，產(chǎn)品特點。Silicon Labs隔離產(chǎn)品具有功耗低、速度快、傳播延遲短等優(yōu)點，是業(yè)界速度最快，集成度最高的隔離器。最高速度達到150Mbps，一個IC最高能集成6通道，隔離電壓可達到5KV，共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）高，大于25KV/uS；EMI方面，符合IEC 61000-4-8 和 IEC 61000-4-9標準。

　　3，數(shù)字隔離可供選擇的產(chǎn)品非常多，有單向、雙向及混合型的隔離產(chǎn)品，單通道和多通道的產(chǎn)品均有，如下。

　　4，產(chǎn)品的隔離性能很好，其參數(shù)如下。

　　三、Silicon Labs隔離產(chǎn)品的性能及應用

　　1，Silicon Labs隔離產(chǎn)品能消除地線回路的問題，實現(xiàn)不同電壓的傳送，增加共模抑制比等。

　　A，消除地線回路應用

　　B，實現(xiàn)電壓傳送應用

　　C，增加共模抑制比應用

　　D，使邏輯電平兼容應用

　　2，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域中的應用

　　A，隔離ADC數(shù)據(jù)

　　特點是在高壓電路中傳送低壓信號，消除地線回路，抑制共模噪聲，低延時，高速度，可靠性高。

　　B，工業(yè)通訊隔離

　　能實現(xiàn)現(xiàn)場總線，器件總線，控制總線的隔離，能是用戶和系統(tǒng)之間進行保護和隔離，傳輸速度快而且可靠性高。

　　3，Silicon Labs隔離產(chǎn)品Si8405等能實現(xiàn)I2C的雙向隔離，比光耦減少1/3空間，支持35mA開路輸出，外圍電路僅需要兩個電阻和電容，支持時鐘速度達1.7MHz。

　　在傳統(tǒng)的I2C通訊隔離中，需要將兩套單向的隔離器件重復使用，才能將信號雙向信號（比如Data）進行有效的隔離。

　　4，Silicon Labs隔離產(chǎn)品在能源系統(tǒng)中的應用，典型的有開關(guān)電源，燈光照明，逆變器，馬達控制等等，在系統(tǒng)的應用機會如下：

　　Silicon Labs的數(shù)字隔離器件，具有速度高、隔離電壓高、功耗低、可靠性高的特點，能很好的應用于電子產(chǎn)品中，并且可供選擇的產(chǎn)品類型眾多。在電子系統(tǒng)的應用中，Silicon Labs的數(shù)字隔離器件能很好地消除地線回路，增加共模抑制比，通訊數(shù)據(jù)隔離。