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          詳細(xì)剖析數(shù)字隔離器結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)勢

          作者: 時(shí)間:2016-12-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            數(shù)字隔離器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所無法比擬的巨大優(yōu)勢。
            多年來,工業(yè)、醫(yī)療和其他隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)安全隔離的手段有限,唯一合理的選擇是光耦合器。如今,數(shù)字隔離器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有優(yōu)勢。了解數(shù)字隔離器三個(gè)關(guān)鍵要素的特點(diǎn)及其相互關(guān)系,對于正確選擇數(shù)字隔離器十分重要。這三個(gè)要素是:絕緣材料、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方法。
            設(shè)計(jì)人員之所以引入隔離,是為了滿足安全法規(guī)或者降低接地環(huán)路的噪聲等。電流隔離確保數(shù)據(jù)傳輸不是通過電氣連接或泄漏路徑,從而避免安全風(fēng)險(xiǎn)。然而,隔離會帶來延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。數(shù)字隔離器的目標(biāo)是在盡可能減小不利影響的同時(shí)滿足安全要求。
            傳統(tǒng)隔離器——光耦合器則會帶來非常大的不利影響,功耗極高,而且數(shù)據(jù)速率低于1 Mbps。雖然存在更高效率和更高速度的光耦合器,但其成本也更高。
            數(shù)字隔離器問世于10多年前,目的是降低光耦合器相關(guān)的不利影響。數(shù)字隔離器采用基于CMOS的電路,能夠顯著節(jié)省成本和功耗,同時(shí)大大提高數(shù)據(jù)速率。數(shù)字隔離器由上述要素界定。絕緣材料決定其固有的隔離能力,所選材料必須符合安全標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方法的選擇應(yīng)以克服上述不利影響為目的。所有三個(gè)要素必須互相配合以平衡設(shè)計(jì)目標(biāo),但有一個(gè)目標(biāo)必須不折不扣地實(shí)現(xiàn),那就是符合安全法規(guī)。
            絕緣材料
            數(shù)字隔離器采用晶圓CMOS工藝制造,僅限于常用的晶圓材料。非標(biāo)準(zhǔn)材料會使生產(chǎn)復(fù)雜化,導(dǎo)致可制造性變差且成本提高。常用的絕緣材料包括聚合物(如聚酰亞胺PI,它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有眾所周知的絕緣特性,并且已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝中使用多年。聚合物是許多光耦合器的基礎(chǔ),作為高壓絕緣體具有悠久的歷史。

            

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/330922.htm

            

            圖1. (a) 帶厚聚酰亞胺絕緣層的變壓器,電流脈沖產(chǎn)生磁場,在另一個(gè)線圈中感生電流;(b) 帶薄SiO2絕緣層的電容,利用低電流電場將數(shù)據(jù)耦合到隔離柵的另一端。


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