数字隔离器在电子产品中的应用

数字隔离器在电子产品中的应用

当前的电子系统中，往往有很多数字信号和模拟信号需要进行传递，同时要求

有很高的电阻隔离特性，实现电子系统与用户之间的隔离，多采用光耦、磁隔

离和电容隔离来实现，但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。

针对隔离产品市场，SiliconLabs公司推出以无线传输来实现信号的隔离和传

递，同时在性能方面得到了很大的提升。

本文将重点对数字隔离器的工作原理，产品特点及性能等分别进行介绍，再讲

解数字隔离器在电子产品中的部分应用。

一、隔离产品的工作原理

1、按照隔离产品的传播方式可以分为光耦隔离、磁隔离和电容隔离，以及

SiliconLabs产品中采用的无线隔离。以光耦为例，其传播原理如下：

Schematic

输入的电信号驱动发光二极管（LED）,使之发出一定波长的光，被光探测器接

收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，这就完成了电一光一电的转换，

从而起到输入、输出、隔离的作用。其优点是信号单向传输，隔离电压高，抗

干扰能力强；其缺点也比较明显，速度不会特别快，垠高50Mbps,LED功耗较

大，工作时间较长LED很容易老化。

2、SiliconLabs以无线的方式实现信号的隔离和传播，下面以Si84xx为例说

明其工作原理。

INPUTOUTPUT

OUTPUTINPUT

说明：左边Input做为信号的输入，将该信号转换为尢线射频信号后，右边进

行RF接收和处理，并且通过Oulput.将接收的信号进行输出。无线信号的调制

频率为2.4GHz左右，不在通讯频率范围。其调制和解调信号如下图：

InputSignal

ModulationSignal

OutputSignal

因为采用了无线信号进行信号的传递，信号的转换和传递速度快，数据传递速

率可达到150Mbps,尺寸也可以做的很小，功耗非常低，传播时间短，隔离电

压非常高。由于是无线进行信号传递，容易造成电磁干扰。

二、SiliconLabs隔离产品分类及特点

1,SiliconLabs隔离产品，大致可分为三类，数字隔离，隔离

门级驱动，电流隔离传感，如下：

Si846x

-1to6-channels

Si845x

•Upto150Mbps

UnidirectionalSi844x

•Industry'sfastestpropdelays(<9ns)

Si843x

Isolators•RobustCMTI>25kV/ys

Si842x

•5kV,25kV&lkVisolation

Si841x

•2bidichannels(SDA.SCL)

2Si8400

BidirectionallC,"2bidi+2unidirectionalSi8405

SMBus,PMBus•1.7MbpsPCclock

Isolators9■35mAopendrainPCoutputs

•2.5kV&1kVisolation

■High-side/Low-sideorDuallow-side

•0.5and4Apeakoutput

IsolatedGateSi823x

-8MHzswitchingfrequency

Si822x

Drivers"Adjustabledeadtime&overlapcontrol

•5kV&2.5kV.±1200V8out-to-outisolation

•5,10,20Afullscalerange

IsolatedAC■50kHzto1MHzinputfrequency

■土5%initialaccuracySi85xx

CurrentSensors•Verylowloss(<1.3mC,<2nH)

-5kV(SOIC)&1kV(QFN)isolationratings

2,产品特点。SiliconLabs隔离产品具有功耗低、速度快、传

播延迟短等优点，是业界速度最快，集成度最高的隔夜器。最高速度达到

150Mbps,一个IC最高能集成6通道，隔离电压可达到5KV,共模瞬态抗扰度

(CMTI)高，大于25KV/uS；EMI方面,符合IEC61000-4-8和IEC61000-4-9

标准。

3,数字隔离可供选择的产品非常多，有单向、双向及混合型的

隔离产品，单通道和多通道的产品均有，如下。

Bidirectional

UnidirectionalPC,PMBus,SMBus

6-Channel5-Channel4-Channel3-Channel2-.Channel1-Channel

Io-*0D*

160S«845W55$6440/45Si8430/5S»842Q$<8410

J■

但证疝

1Lil11r

S>8461S351SS431S«8421

一♦o

■

■疝

一♦

♦一

■」一o

5出62S*8452SB442Sb842r

翊

0Si8463SS423

NBSOC1S

NftSOKXCN8SOC18NBSOK>«N6SOK>«

DSOF-15wesoo伯WB$OK>16vasoic-10

26kV2"Vsew50kV

26W

OkV'OkV・ow26W25kV

-1*3•做3-•150Mb6•做“

4,产品的隔离性能很好，其参数如下。

MaterialGroup

WBSOIC16NBSOIC16NBSOIC8

"la*

IsolationRating取物

(UL1577-1nwhule)5.0kX2.52.51.0k%2.5k%

HighestAllowable

Over-voltage6000V4000V4000V-4000V

(VDE-IOMC)

60747-5-2

632VRMS397VRMS397VRMS-397VRMS

Basic

61010

VRMS*VRMS*VRMS*-VRMS*

TestMeastretnert300300130130

60950

400VRMS130VRMS130VRMS-130VRMS

Telecon

60601

125VRMS125VRMS30VRMS-30VRMS

Mecfcal

MinInternal

Gap/Clearance.014mm.008mm.008mm.008mm

(ToUISiO-Thtd(ne».2<*<)

Clearance8mm4.9mm4.9mm

G小。四殳8mm4.01mm4.01mm

三、SiliconLabs隔离产品的性能及应用

1，SiliconLabs隔离产品能消除地线回路的问题，实现不同电

压的传送，增加共模抑制比等。

A,消除地线回路应用

B,实现电压传送应用

HVDC

C,增加共模抑制比应用

2,SiliconLabs隔离产品在工业领域中的应用

A,隔离ADC数据

特点是在高压电路中传送低压信号，消除地线回路，抑制共模噪声，低延时,

高速度，可靠性高。

B,工业通讯隔离

DeviceNET

厂1

SCLKSi8441

DOUT

'24-BitC8051F9214-

DIN4channel

SerialAZMCU-3.3V

、ADCcsIsolator

KJ

」L_______

VCM=600VDC

Si8421

2ch

Isolator

能实现现现场总线，器件总线，控制总线的隔离，能是用户和系统之间进行保

护和隔离，传输速度快而且可靠性高。

3,SiliconLabs隔离产品Si8405等能实现I2C的双向隔离，

比光耦减少1/3空间，支持35mA开路输出，外围电路仅需要两个电阻和电容,

支持时钟速度达1.7MHzo

Optocoupler

O