文章来源 Macnica Engineer

ADI 数字隔离器对比 (上):磁隔离与电容隔离

近年来,数字隔离器的需求不断增加。大家可能知道数字隔离器有磁隔离和电容隔离两种类型,但不清楚它们的区别和特点,或者不知道哪种类型更适合自己的应用。

 

《ADI 数字隔离器对比》系列分为上、下两篇,主要为大家介绍数字隔离器的磁隔离和电容隔离方法的区别和特点,本文为上篇,将介绍 ADI 的磁隔离方法阵容。

数字隔离器备受关注

在电路设计中,隔离用于提高安全性和质量。在与人直接接触的设备或大电流的电路中,可以通过隔离防止静电、漏电、短路和设备故障来确保安全。此外,它还能隔离接地回路和其他来源的噪音,从而提高信号传输质量。长期以来,光耦合器一直是工业、汽车和医疗领域隔离技术的唯一选择。 另一方面,光电耦合器具有以下缺点:

光耦合器的缺点

  • 由于使用光进行隔离,因此耗电量很大。
  • 数据传输速率通常约为 1~10Mbps,对传输速度有限制。
  • 为了通过补偿发光部件的老化来保持性能,功耗会随着使用年限的增加而增加。

因此,近年来数字隔离器作为光电耦合器的替代技术一直备受关注。 数字隔离器具有以下优点,可以克服光电耦合器的缺点:

数字隔离器的优势

  • 可实现 150Mbps 等高速数据传输速率,且传播延迟低。
  • 功耗低,不且会因长期老化而增加。
  • 出色的温度特性、耐压性、CMTI、抗浪涌性等,可靠性高。

由于这些特性,数字隔离器越来越多地受到青睐,特别是在需要更高性能、可靠性和鲁棒性的应用中。

数字隔离器的类型

数字隔离器有两种类型:电容式和磁性隔离式。 ADI 同时拥有这两种产品阵容:电容隔离产品使用 SiO2 (二氧化硅) 作为绝缘材料,编码由边缘触发。磁隔离产品主要使用磁性绝缘系统,以聚酰亚胺作为绝缘材料,开关键控是主流编码。下图 (图1) 左边是 ADI 电容隔离产品系列,右边是磁隔离产品系列。

图1 ADI 电容隔离与磁隔离产品
图1 ADI 电容隔离与磁隔离产品

磁隔离与电容隔离的对比

下图 (图2) 显示电容隔离与磁隔离因耦合方式和绝缘材料不同而产生的对比。ADI 电容隔离产品采用 SiO2 作为绝缘材料,具有高传输速度、低传播延迟、低偏斜、低抖动等特点。另一方面,ADI 现有产品阵容的磁隔离方法使用聚酰亚胺作为绝缘材料,具有高浪涌电阻和高 CMTI 等特点。

图2 ADI 电容隔离与磁隔离 耦合方式和绝缘材料对比
图2 ADI 电容隔离与磁隔离 耦合方式和绝缘材料对比

下图 (图3) 显示它们因编码不同而产生的差异。ADI 电容隔离产品使用边沿触发编码方法,功耗较低。另一方面,开关键控方法已成为 ADI 磁隔离产品的支柱,有助于提高抗噪性并降低辐射 EMI。

图3 ADI 电容隔离与磁隔离 编码对比
图3 ADI 电容隔离与磁隔离 编码对比

相关应用示例

如上文所述,它们具有不同的特征。重要的是要考虑每种方法的优点,并根据自己的应用选择最佳方法。下面简要举例说明每种方法的适用范围:

适用电容隔离系统的示例

对于高速和低功耗要求严格的应用,ADI 的电容隔离产品阵容是一个不错的选择,有许多产品处于具有竞争力的价格范围内,并且可普遍使用。

  • 便携式终端
  • 便携式测量仪器
  • 各种消费类设备

适用磁隔离系统的示例

对于需要稳健性和可靠性的应用,推荐使用 ADI 的磁隔离产品系列,即使在嘈杂的环境中也能稳定运行。

  • 医疗用途 (内窥镜、血液检测设备等)
  • 汽车用途
  • 功率调节器
  • 射频电源

ADI 磁隔离产品阵容介绍

磁隔离方法 iCoupler🄬 的技术进步

ADI 的数字隔离器称为“iCoupler🄬”。自第一代以来,iCoupler🄬 系列就以高鲁棒性和抗噪性而享有盛誉,并已广泛用于医疗应用和功率调节器。随着新一代产品的到来,创新不断涌现,ADI 最新的第三代 ADuM34x 系列在鲁棒性、抗噪性和传输速度等各个方面都具有更好的性能。

图4 ADI 磁隔离产品升级
图4 ADI 磁隔离产品升级

引脚兼容性可替代上一代

iCoupler🄬 系列的一大特点是,所有代产品均引脚兼容。已经使用第一代和第二代 iCoupler🄬 产品的客户只需更换芯片即可获得最新的第三代技术。医疗设备和工业机械通常使用 10 或 20 年而不改变设计,在此类应用中,也可以通过更换芯片可靠地提高隔离性能。

图5 ADI 三代 iCoupler🄬 系列产品
图5 ADI 三代 iCoupler🄬 系列产品

ADI 第三代 ADuM34x 系列性能卓越

下表比较了 ADI 每一代产品的性能。表中绿色单元格代表各代产品之间的最高性能,第三代产品在大多数类别中都是最好的,其高性能一目了然。在医疗设备和工业机械应用中,应特别注意所需的安全性、鲁棒性和传播延迟参数,即:“隔离等级 UL1577”、“CTI”、“工作电压 (矢量)”、“CMTI (最小)”和“传播延迟 (最大)”,在表中显示为深蓝色。总之,第三代产品的性能都非常突出。

表1 ADI 三代 iCoupler🄬 系列产品性能对比
表1 ADI 三代 iCoupler🄬 系列产品性能对比

ADI 第三代 ADuM34x 系列产品的性能已经达到了一个新的水平,这将使新的数字隔离器用户以及使用过第一代和第二代 iCoupler® 系列产品的用户受益匪浅。如下图 (图6) 所示,作为第三代标准数字隔离器,ADuM34x 系列在各个方面都进行了更新,大家可以积极更换和使用。

图6 ADuM34x 系列产品
图6 ADuM34x 系列产品

应用实例

  • 医疗设备
  • 测量设备 (噪声分离)
图8

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