电子电路中隔离的全面介绍之
——数字电路的隔离（连载3）
作者：晶圆
jerrymiao
数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、军用电子系统和航空航天电子设备中，尤其是一些应用环境比较恶劣的场合。数字隔离电路主要用于数字信号和开关量信号的传输。数字隔离器件的生产商很多，如安华高的HCPL系列、TI的ISO72XX系列、ADI的ADuM12/14XX系列、NVE的ILXX系列、芯科实验室的SI84XX等公司，各厂商的产品都得到了广泛的应用。依照数字式隔离电路的生产工艺、电气结构和传输原理，数字隔离电路主要分为光电隔离、电磁隔离以及电容隔离技术的数字隔离器件。
光电隔离
在隔离方面，光电隔离可谓是老大哥了，也是最为我们所熟知的一种隔离器件，尤其是6N137可谓是在高速数字隔离方面独领风骚。其隔离原理我想就不用再过多的描述了吧。但随着工业技术的不断发展，光电隔离的速率、LED老化、使用不方便、功耗过高等缺点也暴露出来。但因为6N137一直是主流，所以成本也比较低。
电磁隔离
与光耦合一样，电感耦合也有较长的应用历史，但通常仅用于电源或模拟隔离器，而非数字器件。随着制造工艺的进步和研发设计水平的提高，电感式数字隔离器件得到了迅速的发展和广泛的运用。
电感耦合使用不断变化的磁场来通过隔离层实现通信。电感耦合的优势之一是可以在不明显降低差模信号的情况下最小化变压器的共模噪声。另一个优势是信号能量的转换效率极高，因而可以实现低功耗隔离器。
变压器是一个最常见的例子：初级绕组及次级绕组的结构(单位长度的圈数)、磁芯介电常数以及电流强度决定了磁场强度。根据对数字信号编解码的不同，主要有以采用脉冲调制(ADI公司)和射频调制(芯科实验室)为主的两类产品。而采用巨磁电阻(GMR)效应技术设计的数字隔离器件是另一个例子，以NVE公司和安华高公司为代表。
脉冲调制变压器隔离器件
ADI公司的ADuM磁隔离芯片是基于芯片尺寸变压器的磁耦合器，是采用脉冲调制方式实现的数字隔离器件。平面变压器采用CMOS金属层，顶部镀了一层金用于钝化。在镀金层下面的抗高击穿电压的聚酰亚胺层将其顶部的变压器线圈和底部线圈隔离。连接到顶部和底部线圈的高速CMOS电路为每个变压器及其外部信号之间提供接口。晶片级信号处理提供了一种在单颗芯片中集成多个隔离通道以及其它半导体功能的低成本方法。iCoupler技术消除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题，功耗降低了90％，并且无需外部驱动器或分立器件。
数字信号的传送是通过发送大约1ns宽的短脉冲到变压器另一端来实现的，两个连续的短脉冲表示一个上升沿，单个短脉冲表示下降沿。次级端有一个不可重复触发的单稳态电路产生检测脉冲。如果检测到两个脉冲，输出就被置为高电平。相反的，如果检测到单个脉冲，输出就置为低电平。采用一个输入滤波器有助于提高噪声抗扰能力。如果1ms左右没有检测到信号边缘，发送刷新脉冲信号给变压器来保证直流的正确性(直流校正功能)。如果输入为高电平，就产生两个连续的短脉冲作为刷新脉冲，如果输入为低电平，就产生单个短脉冲刷新。这对于上电状态和具有低数据速率的输入波形或恒定的直流输入是很重要的。为了补充驱动器端的刷新电路，在接收器端采用了一个监视定时器来保证在没有检测到刷新脉冲时，输出处于一种故障安全状态。
ADI的ADuM磁隔离芯片是最早使用电磁隔离技术的，也是所有隔离器件里面功耗最低的隔离器，应用的是ADI公司的icoupler专利技术，目前除ADI的各大代理商外，北京晶圆智通科技有限公司在专门的做ADuM磁隔离芯片的技术推广,网站上资料比较全：www.adum.com.cn
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