文章来源 Macnica Engineer

ADI 数字隔离器对比 (下):磁隔离与电容隔离

目前有两种类型的数字隔离器可以提高电路的安全性和质量:磁隔离和电容隔离。大家在应用之前可能想了解这两种隔离器的区别和特点,或者哪一种更适合自己的应用。

 

《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。本文为下篇,将介绍 ADI 电容隔离方法的产品阵容。有关 ADI 磁隔离方法产品阵容,可参考上篇《ADI 数字隔离器对比 (上):磁隔离与电容隔离》

数字隔离器的类型和区别

在上篇中,我们介绍了磁隔离方法和电容隔离方法的区别、各自的特性以及适用应用的示例。数字隔离器专门用于不同的领域,具体取决于所使用的耦合方法、绝缘和编码。 根据应用的不同,选择最合适的数字隔离器非常重要。如下图 (图1) 所示,ADI 拥有两种耦合方法的产品阵容。ADI 磁隔离产品系列使用聚酰亚胺作为绝缘材料,并使用开/关键控进行编码。接下来介绍 ADI 电容隔离产品阵容。

图1 ADI 拥有两种耦合方法的产品阵容
图1 ADI 拥有两种耦合方法的产品阵容

ADI 电容隔离产品阵容

ADI 电容隔离产品阵容使用二氧化硅 (SiO2) 作为绝缘材料,并采用边缘触发功能进行编码,主要特性包括高数据传输速率、低传播延迟、低抖动和低功耗,这些是使用聚酰亚胺的磁隔离耦合方法所不具备的优点。下图 (图2) 是电容隔离的一个详细配置图:

图2 电容式隔离器的基本结构
图2 电容式隔离器的基本结构

下表 (表1) 是电容隔离器规格数据表,可以看出,产品阵容中的部分重要规格包括 “数据传输速率高达 200Mbps”、“传播延迟为 10ns 以下”、“每通道功耗为 0.65mA 以下 (通信 1Mbps 时)” 等出色性能。ADI 产品系列具有电容隔离式系统所特有的全方位功能。

数据传输速率高达 200Mbps
1Mbps 通信时每通道的功耗0.65mA 以下
传播延迟

10ns 以下

抖动8ps
通道间偏移1ns

表1 出色的电容式隔离器规格

“低传播延迟” 的重要性

简单地说,传播延迟是数字隔离器内部从输入到输出的延迟。例如,微控制器 (MCU) 和 A/D 转换器 (ADC) 通过 SPI 通信,中间由数字隔离器隔离,如下图 (图3) 所示。MCU 发送 ADC 采样参考时钟 (SCLK),ADC 向 MCU 响应 AD 转换结果。

图3 考虑隔离器传播延迟示例:在 MCU 和 AD 转换器之间
图3 考虑隔离器传播延迟示例:在 MCU 和 AD 转换器之间

数字隔离器在两者之间的组合传播延迟会妨碍 ADC 及时锁存,从而导致预期数据和结果数据之间错位。因此可能需要进行调整,例如降低 ADC 的采样率,以防止由于传播延迟导致的差异,从而迫使理想的系统设计受到影响。特别是在光和声音等需要高速采样的应用中,传播延迟规格具有重大影响。因此,传播延迟越低越好。

“低抖动” 的重要性

ADI 电容隔离产品的另一个优点是它具有低抖动。抖动是时序的波动:就 A/D 转换而言,高抖动会导致 ACC 采样点偏离,从而产生失真和噪声,降低信噪比 (SNR)。特别是对于高精度测量,请记住时钟抖动是一个重要的指标。

[产品阵容 (1) MAX22445] 业界领先的高速 4 通道隔离器

下面我们一起来看看具体的阵容。4 通道隔离器 “MAX22445” 充分利用了电容隔离方法的特性,实现了业界领先的数据传输速率和低传播延迟。200Mbps 的最大数据传输速率和 8psRMS 的抖动都是不错的规格。下图 (图4) 为 4 通道隔离器产品阵容,它们按通道传输方向排列:

图4 MAX22445 产品阵容
图4 MAX22445 产品阵容

■ 高时序性能
· 最大数据传输速率:200Mbps
· 低抖动:8 psRMS
· 低传播延迟:10ns
· 低通道间偏移:2ns

■ 低功耗
· 每通道:0.74mW (1Mbps 通信时,VDD=1.8V)

■ 增强型电气隔离
· 隔离电压 (VISO):5kVRMS
· 连续耐压 (VIOWM):1500VRMS
· CMTI:50kV/μs

■ 易于使用
· 电源电压范围:1.71V~5.5V
· 工作温度范围:-40°C~+125°C

■ MAX22445 应用实例
· 通信基站
· 需要高速、高精度测量光、声等的应用

与 ADuM341E 磁隔离方法的比较

该 MAX22445 与第一篇介绍的磁隔离 ADuM341E 区别如下表 (表2) 所示:

表2  ADuM341E 磁隔离与 MAX22445 电容隔离性能比较
表2 ADuM341E 磁隔离与 MAX22445 电容隔离性能比较

从表中的数据传输速率可以看出,MAX22445 的传输速率高达 200Mbps,而 ADuM341E 为 150Mbps。此外,MAX22445 的传播延迟也更低,这表明 MAX22445 在高速通信方面更具优势。MAX22445 的功耗也明显更低,约为 ADuM341E 的四分之一。

 

另一方面,在增强隔离强度和 CMTI 方面,ADuM341E 是鲁棒性的指标,表现出色。从比较表中可以看出,ADI 磁隔离产品系列主要基于磁耦合方法,适用于要求数字隔离器坚固性的应用。相比之下,需要高速通信和低功耗的应用则适合采用电容隔离式产品系列。

[产品阵容 (2) MAX22820] 超低功耗、2 通道增强型隔离器

接下来,我们将介绍 MAX22820,下图 (图5) 为其框图。它在 1Mbps 通信下具有 54.7μA 的极低功耗。这些规格非常适合功耗比通信速度更重要的应用。例如,它可以完全用于电池供电的物联网设备。

图5 MAX22820 框图
图5 MAX22820 框图

■ 最大数据传输速率:10Mbps

■ 超低功耗 (每通道 VDD=3.3V)
· 11.4μA (直流)
· 15.4μA (100kbps)
· 54.7μA (1Mbps)

■ 增强型电气隔离
· 隔离电压:5 kVRMS WSOIC 封装
· 隔离电压:3kVRMS NSOIC 封装
· CMTI 值:200kV/μs

■ 易于使用
· 电源电压范围:1.71V~5.5V
· 工作温度范围:-40°C~+125°C

■ MAX22820 应用实例
· 物联网设备
· 便携式测量仪器
· 手持终端

 

综上所述,ADI 的一些电容产品在高速通信方面表现出色,而另一些产品则在低功耗方面具有优势,大家可以根据自己的需求选择不同的产品。

ADI 数字隔离器应用实例

ADI 数字隔离器主要在需要高速、高精度测量的应用上使用广泛,例如通信基站等,还有需要低功耗的应用,例如便携式仪器仪表等。

总结

在《ADI 数字隔离器对比》系列文章中,我们介绍了 ADI 的数字隔离器及其产品阵容。根据绝缘材料和耦合方法的不同,数字隔离器具有不同的特性,ADI 同时拥有丰富的两款不同类型的数字隔离器产品阵容,并且均提供评估板,可以供大家根据应用进行选择。欲了解关于更多 ADI 相关方案或技术信息,请与骏龙科技当地的办事处联系或点击下方「联系我们」,提交您的需求,骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。

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