Цифровой изолятор что это
Перейти к содержимому

Цифровой изолятор что это

  • автор:

Обзор скоростных цифровых изоляторов с передачей данных через магнитное поле

Цифровые изоляторы с передачей данных через магнитное поле являются удачной альтернативой оптическим изоляторам. В настоящее время они выпускаются тремя фирмами: NVE, Avago Technologies и Analog Devices. В статье, предназначенной для разработчиков аппаратуры, проводится сравнение параметров этих микросхем от разных производителей.

Для гальванической развязки узлов радиоэлектронной аппаратуры традиционно использовались трансформаторы и оптические изоляторы. С совершенствованием технологий появилась возможность упаковывать в обычные корпуса микросхем индуктивные элементы и передавать данные через магнитное поле внутри корпуса. Для таких микросхем ни за рубежом, ни у нас не сложилось устоявшегося названия, которое отражало бы физические процессы, лежащие в основе их работы и позволяло бы тем самым отличать их от обычных оптических изоляторов (optocouplers). Будем называть их в этой статье магнитоизоляторами, по аналогии с оптоизоляторами.

Главным достоинством магнитоизоляторов по сравнению с оптическими изоляторами является более высокая скорость передачи данных. Кроме того, у них при одинаковых скоростях заметно меньше потребляемая мощность. А при создании многоканальных, и особенно двунаправленных, гальванически развязанных линий передачи данных применение магнитоизоляторов вместо оптических изоляторов позволяет в несколько раз сократить габариты, по-требляемую мощность и стоимость узлов гальванической развязки.

Одним из основных производителей магнитоизоляторов является фирма NVE Corporation (http://www.nve.com). Она производит их по фирменной технологии IsoLoop® и называет High-Speed Digital Signal Isolators. Работа этих микросхем основана на гигантском магниторезистивном эффекте (Giant Magneto Resistive, GMR) и проиллюстрирована на рис. 1 [1].

Рис 1. Принцип действия изоляторов фирмы NVE

Магниторезистивный материал, используемый в IsoLoop®-приборах, относится к материалам, известным как «спиновый вентиль». Помещенный в магнитное поле, он может изменить свое сопротивление. Если поле ослабевает, не меняя направления, величина сопротивле-ния остается без изменения. И лишь при изменении направления магнитного поля сопротивле-ние возвращается к своему первоначальному значению. Продифференцированный входной сигнал в виде узких (2.5нс) выбросов тока протекает по виткам индуктивности L. Это приводит к тому, что соответственно направленные магнитные поля изменяют сопротивления GMR-резисторов, образующих мостовую схему. Сопротивления переключаются менее, чем за 1нс. Принцип действия напоминает работу 1-битовой ячейки па-мяти. [1]

Заметим: из этого описания следует, что при включении питания состояние на выходе прибора IsoLoop® не определено. Очевидно, что существуют применения, где это может ока-заться недостатком.

Кроме NVE, магнитоизоляторы выпускает также фирма Agilent. Их номенклатура представляет собой подмножество номенклатуры магнитоизоляторов фирмы NVE, параметры очень похожи. В [2] говорится, что магнитоизоляторы Agilent — это изделия, которые NVE выпускает под брендом Agilent, но на сайтах этих двух фирм такой информации мне обнаружить не уда-лось. На сайте NVE сказано, что Agilent лицензировала их технологию. Тем не менее, далее при сравнении параметров магнитоизоляторов о фирме Agilent отдельно, как правило, говорить не будем, подразумевая, что её изделия аналогичны изделиям NVE. В сводной таблице в конце статьи приводятся параметры магнитоизоляторов всех трёх фирм. Примечание. С 2005 года на сайте фирмы Agilent http://www.home.agilent.com/ нет раздела полупроводниковой продукции. Полупроводниковое подразделение фирмы выделено в самостоятельную фирму Avago Technologies.

И, наконец, выпуском магнитоизоляторов занимается фирма Analog Devices. Свою технологию она называет iCoupler®, а изделия — iCoupler® isolators. Блок-схема устройства из описания одноканального прибора ADuM1100 [3] показана на рис. 2.

Рис 2. Блок-схема одноканального магнитоизолятора iCoupler® фирмы Analog Devices

У изделий фирмы Analog Devices нет основного недостатка приборов IsoLoop® — неопределённости состояния выхода при включении питания. Работа устройства iCoupler® описана в [3] следующим образом (перевод мой — Д.И.). Две катушки, изображённые на блок-схеме, работают как импульсный трансформатор. Положительные и отрицательные логические перепады на входе изолятора вызывают короткие (2 нс) импульсы, передающиеся через трансформатор в декодер. Декодер — это бистабильное устройство, следовательно, его установка или сброс этими импульсами соответствуют входным логическим перепадам. При отсутствии на входе импульсов в течение более 2 мкс периодически формируется обновляющий импульс нужной полярности для того, чтобы выходное состояние соответствовало входному. Если декодер не получает обновляющих импульсов дольше 5 мкс, то входная сторона считается обесточенной или неисправной. В этом случае сторожевой таймер (watchdog) устанавливает на выходе устройства высокий уровень.

Из этого описания можно сделать вывод, что алгоритм работы магнитоизоляторов фирмы Analog Devices, в основном, похож на алгоритм работы устройств от NVE. Различие заключается в периодическом контроле состояния входа. Этот контроль и обеспечивает, в частности, соответствие выходного сигнала входному при включении питания.

Обе фирмы выпускают широкий ассортимент магнитоизоляторов. Наиболее разнообразны изоляторы с цифровым входом и цифровым выходом. Они содержат от одного до пяти каналов передачи данных, в одной микросхеме каналы могут быть как однонаправленными, так и разнонаправленными. На рисунках, взятых из описаний фирмы NVE [5 .. 8], показаны разновидности этих микросхем.

Рис. 3. Одноканальный магнитоизолятор

На рис. 3 изображён одноканальный магнитоизолятор IL703 фирмы NVE. Полностью аналогичное изделие HCPL-9000/0900 выпускает фирма Avago Technologies. Одноканальный магнитоизолятор ADuM1100 фирмы Analog Devices не имеет возможности перевода выхода в третье состояние и несовместим по цоколёвке с IL710.

Рис. 4. Двухканальные магнитоизоляторы

На рис. 4 показаны два варианта двухканальных магнитоизоляторов: однонаправленный и разнонаправленный. Разнонаправленные каналы передачи в одном корпусе — это уникальное свойство магнитоизоляторов, оптоизоляторы с цифровыми выходами содержат только однонаправленные каналы. Поэтому их применение для двунаправленной передачи данных даёт осо-бенно заметный выигрыш в массогабаритных показателях и цене.

У фирмы Avago Technologies есть функциональный аналог изделий NVE: приборы HCPL-9030/0930 и HCPL-9031/0931. Однонаправленный ADuM1200 от Analog Devices совместим по цоколёвке с IL711, а двунаправленный ADuM1201 несовместим с IL712.

Рис. 5. Четырёхканальные магнитоизоляторы

Рис. 6. Пятиканальные магнитоизоляторы

На рис. 5 и 6 изображены четырёх- и пятиканальные магнитоизоляторы. Применение таких микросхем даёт особенно заметный выигрыш по цене и габаритам по сравнению с оптическими изоляторами. Сравним для примера реализацию 4-проводного интерфейса SPI на оптопарах и на 4-канальном двунаправленном магнитоизоляторе [4].

Рис. 7. Реализация интерфейса SPI на оптоизоляторах

На рис.7 показан пример реализации интерфейса SPI на распространённых одноканальных и двухканальных оптоизоляторах с цифровым выходом. Здесь потребовалось четыре микросхемы, восемь резисторов, четыре диода и три развязывающих конденсатора — по одному на каждую микросхему.

Рис. 8. Реализация интерфейса SPI на четырёхканальном магнитоизоляторе

На рис.8 приводится тот же узел, выполненный на двунаправленном четырёхканальном магнитоизоляторе ADuM1401 фирмы Analog Devices. Понадобилось всего три детали: одна микросхема и два развязывающих конденсатора.

Здесь особенно наглядно видно преимущество магнитных изоляторов перед оптическими в плотности упаковки и минимуме необходимых дополнительных компонентов. Если вспомнить, что полностью цифровой вход и выход встречается только у одноканальных оптоизоляторов, а оптоизоляторы с числом каналов более двух — явление достаточно редкое, то очевидно, что многоканальная двунаправленная гальванически развязанная линия для передачи цифровых сигналов на магнитоизоляторах будет компактнее, дешевле и надёжнее (за счёт меньшего числа компонентов), чем на оптических изоляторах.

Четырёхканальные изоляторы по схемам, изображённым на рисунке 5, выпускают все три упоминаемые в обзоре фирмы. Приборы от Avago Technologies совместимы по цоколёвке с приборами NVE. А четырёхканальные магнитоизоляторы от Analog Devices имеют аналогичную цоколёвку, но при этом выводы, которые не используются в устройствах NVE, здесь задействованы для перевода выходов в третье состояние.

Пятиканальные магнитоизоляторы выпускает только фирма NVE. Зато Analog Devices производит трёхканальные ADuM1300 и ADuM1301 — однонаправленный и двунаправленный соответственно, у обоих выходы можно переводить в третье состояние.

Кроме изоляторов с цифровым входом и выходом, NVE и Analog Devices выпускают магнитоизоляторы для интерфейсов RS422 и RS485. Фирма NVE производит также изоляторы, у которых на входе вместо цифровой схемы катушка индуктивности (серии IL600/IL600A, пример на рис. 9 [9]). А у Analog Devices есть сигма-дельта модуляторы AD7400/AD7401 с гальванической развязкой выходов на магнитоизоляторах. Рассматривать здесь эти устройства мы не будем, так как темой этой статьи являются изоляторы с цифровым входом и выходом.

Рис. 9. Пример магнитоизолятора с индуктивностью на входе

Магнитоизоляторы, выпускаемые разными фирмами, отличаются друг от друга. Поэтому при разработке аппаратуры неизбежно встаёт вопрос выбора конкретного изделия. Преимущества изоляторов Analog Devices убедительно описаны в специальной статье [2] на сайте фирмы. (Идеи этой статьи на русском языке изложены в [4].) Естественно, что преимущества изделий NVE в этой статье не отражены, и упрекать за это Analog Devices нельзя. Обнаружить на сайте NVE статью с контраргументами я не смог. Попробуем самостоятельно сравнить изделия двух фирм и выявить их преимущества и недостатки.

В рамках этой статьи будем сравнивать микросхемы с цифровыми входами и цифровыми выходами, так как именно они обеспечивают наибольшую скорость передачи данных.

Возьмём для сравнения одноканальные версии микросхем: IL710 от фирмы NVE и ADuM1100 от Analog Devices. Если для многоканальных версий какие-либо параметры будут значительно отличаться от параметров многоканальных, отметим это особо. Кроме того, интересно будет сравнить эти микросхемы с их функциональными аналогами: наиболее быстрыми оптоизоляторами с цифровым входом и выходом. Чтобы не углубляться в обзор оптоизоляторов, выберем для этого сравнения самый быстрый такой оптоизолятор от фирмы Avago Technologies: HCPL-0723/ HCPL-7723.

Для сравнения будем брать не типовые, а наихудшие показатели, указанные в спецификациях, так как именно последние используются для расчёта схем. Обратим внимание на то, что в шапке спецификаций, как правило, указываются именно типовые значения параметров.

К сожалению, однозначно сопоставить параметры изделий NVE и Analog Devices не всегда удаётся, так как фирмы часто несколько по-разному подходят к их нормированию. Далее в тексте случаи вынужденного не вполне корректного сравнения будут особо отмечаться.

1. Быстродействие

Фирма Analog Devices предлагает каждую из своих микросхем в двух или трёх версиях с разными максимальными скоростями передачи данных. С уменьшением скорости цена заметно падает, и это может оказаться очень кстати. Правда, скорость медленных версий становится сопоставимой со скоростью быстрых и даже не очень быстрых оптоизоляторов. У фирм NVE и Avago Technologies медленных версий нет. Максимальная скорость передачи данных (Maximum Data Rate), которую и NVE, и Analog Devices приводят в своих спецификациях для одноканальных версий, составляет 100 ме-габод в секунду (Mbps). Вспомним, что один бод — это одно изменение сигнала в секунду. Для передачи импульса требуется два изменения сигнала. Таким образом, для цифры максимальной частоты передачи данных 100 Mbps, которые заявляют обе фирмы, получаются импульсы частотой 50 МГц. Это в два раза больше, чем обеспечивает оптоизолятор HCPL-0723.

Для многоканальных версий картина несколько меняется. Если у фирм NVE и Avago Technologies микросхемы с любым числом каналов могут работать на скорости 100 Mbps, то у Analog Devices многоканальные микросхемы заметно медленнее:

  • двухканальные ADuM120xCR до 25 (!) Mbps;
  • трёхканальные ADuM130xCRW и четырёхканальные ADuM140xCRW — до 90 Mbps.

2. Потребление

Сравнить потребление магнитоизоляторов от NVE и от Analog Devices напрямую не получается, так как оба производителя описывают потребление несколько разными способами. Сравним ток потребления при напряжении источника питания 5 В. Потребление входной части микросхемы Для IL700 приводится динамическое потребление входной части (Dynamic Power Consumption) 170 мкА/МГц. Для частоты 50 МГц получим потребление 8,5 мА. Статическое потребление входной части здесь пренебрежимо мало — 15 мкА. Для ADuM1100 указано потребление входной части на частоте 50 МГц, равное 14 мА. Некоторое преимущество здесь у NVE: 8,5 мА против 14 мА. Но заметим, что для версии IL710T, рассчитанной на применение в расширенном диапазоне температур, динамическое потребление почти в 4 раза больше: 640 мкА/МГц. HCPL-0723: разное потребление для разных логических уровней, в наихудшем случае 10 мА. Потребление выходной части микросхемы Для ADuM1100 приводится потребление 2,8 мА на частоте логического сигнала 50 МГц. У IL710 безо всяких комментариев указано 3 мА. Таким образом, по этому параметру микросхемы практически одинаковы. HCPL-0723: разное потребление для разных логических уровней, в наихудшем случае 17,5 мА. То есть, несмотря на то, что потребление входной части оказалось примерно таким же, как у магнитоизоляторов, общее потребление оптоизолятора получается намного больше. К сказанному можно добавить, что фирма NVE готовит к выпуску версию одноканального изолятора с уменьшенным потреблением: IL7710. При той же скорости её суммарное потребление не будет превышать 2 мА.

3. Диапазон рабочих температур

«Обычные» изоляторы от NVE могут работать в диапазоне температур от -40 до +100°C. Но для всех цифровых изоляторов выпускаются модификации с расширенным диапазоном, от -40 до +125°C. Эти модели имеют в обозначении букву T. Их недостатком является увеличенное более чем в четыре раза динамическое потребление: 640 мкА/МГц вместо 200 при питании 5В. Большинство изделий Analog Devices: может работать в диапазоне от -40 до +105°C. Только одноканальная модель ADuM1100UR имеет диапазон от -40 до +125°C. Если сравнивать с оптическими изоляторами, то диапазон температур для HCPL-0723 составляет от -40 до +85°C, что значительно меньше, чем у любых магнитоизоляторов.

4. Изолирующие свойства

Максимальное рабочее напряжение для изоляции. К сожалению, точно сравнить устройства по этому параметру не удаётся, так как фирма NVE приводит среднеквадратическое значение (rms), то есть статистическую величину, а Analog Devices — пиковое значение, строго определённое. Отказываться от рассмотрения такого важного параметра нежелательно, поэтому попытаемся дать вероятностную оценку. Для IL710-3 (корпус SOIC-8, как у ADuM1100) максимальное рабочее напряжение для изоляции составляет 150 В (rms), для корпуса DIP — 300 В. Для ADuM1100 приводится пиковое значение 560 В. Если предположить, что напряжение, приложенное к изолирующему барьеру, имеет гауссовское распределение, как подавляющее большинство случайных процессов, то с вероятностью 0,997 пиковое значение не будет превышать среднеквадратического, умноженного на три. Таким образом, можно считать, что 150 В rms из спецификации на IL710-3 с указанной вероятностью соответствуют пиковому напряжению 450 В. Устойчивость к воздействию синфазных помех (Common-Mode Transient Immunity) между входом и выходом у IL710 20 кВ/мкс, у ADuM1100 25 кВ/мкс. При этом Analog Devices нормирует этот параметр для синфазного напряжения Vcm = 1000 V, а NVE — для Vcm = 300 V. Из сравнения этих двух параметров видим, что изолирующие свойства у изделий Analog Devices лучше, чем у NVE. Обе фирмы описывают изолирующие свойства своих микросхем по-разному, но следует отметить, что Analog Devices специфицирует их гораздо подробнее. Кроме того, фирма выпускает четырёхканальные изоляторы ADuM240x, у которых максимальное пиковое рабочее напряжение для изоляции составляет 848 В, что соответствует среднеквадратическому значению примерно 280 В. Недавно появилась также новая версия одноканального изо-лятора ADuM3100 с улучшенной защитой от воздействия статического электричества. Измене-ния в схемотехнике и топологии этого изделия улучшили его устойчивость к испытательным воздействиям в соответсвии со стандартами IEC 61000-4-x: невосприимчивость к электростатическому разряду, быстрым электрическим переходным процессам или всплескам и др. Заметим, что для цифрового оптоизолятора HCPL-0723 (корпус SOIC-8) пиковое максимальное рабочее напряжение для изоляции составляет 560 В, что совпадает со значением этого параметра для магнитоизолятора Analog Devices, а устойчивость к воздействию синфазных помех — только 10 кВ/мкс, что намного меньше, чем у любых магнитоизоляторов.

5. Форма выходного сигнала

Как-то нормировать этот параметр трудно, так как он зависит не только от параметров микросхем, но и от разводки печатной платы, свойств щупа измерительного прибора (осциллографа) и других факторов. Но форма выходного сигнала магнитоизоляторов от Analog Devices качественно лучше, чем у конкурентов, за счёт практически полного отсутствия переходных процессов на фронтах импульсов. Сигнал на выходе изолятора NVE похож на выходные сигналы обычных логических микросхем TTL или CMOS. Это хорошо видно на рисунке, который приводится в [2] (см. рис. 10), и совпадает с наблюдениями автора. Для многих аналоговых схем это может оказаться очень важно.
Рис. 10. Сравнение формы выходного сигнала магнитоизолятора от Analog Devices (слева) и от NVE

6. Корпуса

Фирма NVE выпускает свои одно- и двухканальные изоляторы в корпусах DIP (у них несколько лучше изолирующие свойства) и SOIC-8, а у Analog Devices такие изделия выпускаются только в корпусах SOIC-8. Корпус оптоизолятора HCPL-0723 занимает такую же площадь, но выше в два раза. Многоканальные изоляторы NVE производит в корпусах SOIC как обычной ширины (до 6,2 мм по концам выводов), так и Wide SOIC (10.64 мм). Analog Devices делает их только в кор-пусах Wide SOIC. В случаях, когда требования по габаритам значительно важнее, чем по изо-лирующим свойствам, это может оказаться неудобно.

7. Цены и возможность приобретения в России

И цены, и возможность приобретения, конечно же, постоянно изменяются. Приведённые здесь выкладки основаны на данных сайта www.efind.ru и некотором опыте автора. Информация относится к концу 2005 года. Сайт www.efind.ru имеет доступ через Интернет к складам множества поставщиков электронных компонентов, работающих в России. Это не только российские, но и иностранные фирмы. Сайт принимает от посетителя название компонента (или несколько первых символов названия) и ищет на складах изделия, соответствующие запросу. В ответ выдаётся список продавцов, предлагающих запрошенное изделие, и их цены. Магнитоизоляторы фирмы NVE в России оказались самыми редкими и дорогими. Цена на одноканальные изоляторы колебалась примерно в пределах 5-6$, на двухканальные — 7-9$, на четырёхканальные — 9-10$ и пятиканальные — 12-13$. При этом розничных предложений практически не было, только мелкий (несколько десятков) и крупный опт. Это, конечно же, не зна-чит, что их совсем нельзя купить. Я совсем недавно держал в руках упаковку в 50 штук, в течение нескольких последних лет были и более мелкие закупки. Возможно, что при непосредст-венных переговорах с продавцом удастся добиться лучших условий. Предложения изделий фирмы Avago Technologies, бывших Agilent, встречаются гораздо чаще, среди них много розничных. Цены на одноканальные изделия колеблются в пределах 4-5$, на двухканальные — 5-6$ и на четырёхканальные — 6-7$. И, наконец, больше всего предложений, в том числе розничных, встречается по изделиям Analog Devices. Цены: на одноканальные изоляторы 3,5-4$, на двухканальные — 4,5-5$, на четырёхканальные — 6-11$. Особо хочется отметить фирму «Элтех» http://www.eltech.spb.ru/, на складе которой постоянно есть практически весь ассортимент изделий Analog Devices, и поку-пать их можно даже поштучно. Фирма имеет представительства во многих городах России. (Прошу рассматривать это как совет, а не как рекламу «Элтеха», к последнему я не имею никакого отношения.) Одноканальный цифровой оптоизолятор HCPL-0723 стоит от 5,5 до 10 $ — дороже любого одноканального магнитоизолятора. Все названные цены и сведения о доступности относятся к «обычным» изоляторам, без расширенного температурного диапазона или других улучшенных свойств. Таким образом, по сочетанию параметров цена — доступность в России безоговорочно лидируют магнитоизоляторы Analog Devices. Очень часто это один из самых главных доводов.

8. Заключение

Однозначного вывода о том, что магнитоизоляторы какой-то одной фирмы во всём превосходят конкурирующую продукцию, сделать нельзя. Для каких-то применений может оказаться решающим, например, быстродействие изделий от NVE, для других — доступность изоляторов Analog Devices. Выбор остаётся за разработчиком. Я буду очень рад, если эта статья поможет сделать такой выбор. В таблице 1 сведены рассмотренные в обзоре параметры магнитоизоляторов. Как и в тексте, в таблице приводятся наихудшие параметры, если не указано другое. Таблица 1. Параметры магнитоизоляторов производства разных фирм

Наименование параметра Изоляторы
NVE Avago Technologies Analog Devices
одно-канальные двух-канальные четырёх-канальные
Максимальная скорость передачи данных, Mbps 100 100 100 25 90
Задержка распространения сигнала от входа к выходу, нс 15 15 18 55 32
Время нарастания и спада выходного импульса 3 4 3* 3* 3*
Минимальная ширина импульса, нс 10 10 20 40 11.1
Асимметрия задержки распространения, нс 6 6 9-15 15 15
Потребление входной части микросхе-мы на частоте 50 МГц, мА 8.5** 10** 14
Потребление выходной части микро-схемы, мА 3 6 2.8
Диапазон рабочих температур, °C -40..100 -40..100 -40..105 -40..105 -40..105
Максимальное рабочее напряжение для изоляции, В rms 150 Не ука-зано 186*** 186*** 186***
Устойчивость к воздействию синфазных помех, кВ/мкс 20 15 25 25 25
Форма выходного сигнала, экспертная оценка Обыч-ная Обыч-ная Очень хорошая Очень хорошая Очень хорошая
Доступность в России, экспертная оцен-ка Низкая Обыч-ная Очень хорошая Очень хорошая Очень хорошая
Цена одноканального изолятора в Рос-сии, $ 5-6 4-5 3,5 — 4
Цена двухканального изолятора в Рос-сии, $ 7-9 5-6 4,5 — 5
Цена четырёхканального изолятора в России, $ 9-10 6-7 6-11
  1. А. Шинкарь. Высокоскоростные изолирующие ИС фирмы NVE (ответы на вопросы). Chip News Украина, 2002, № 5. Цитируется по http://chipnews.com.ua/html.cgi/arhiv/02_05/st-04.htm.
  2. Agilent/NVE GMR Isolators — Performance Comparison to Analog Devices iCoupler® Products. Analog Devices, 2003. Материал с сайта фирмы Analog Devices http://www.analog.com.
  3. iCoupler® Digital Isolator ADuM1100. Datasheet REV. E. Материал с сайта фирмы Analog Devices http://www.analog.com.
  4. Олег Романов. Высокоскоростные цифровые изоляторы фирмы Analog Devices — достойная альтернатива оптопарам. Компоненты и технологии, 2003, №7.
  5. IL710 High Speed Digital Isolator. Datasheet REV. H. Материал с сайта фирмы NVE Cor-poration http://www.nve.com.
  6. IL711 IL712 High Speed Dual Digital Isolator. Datasheet REV. H. Материал с сайта фир-мы NVE Corporation http://www.nve.com.
  7. IL715 IL716 IL717 High Speed Four-Channel Digital Isolators. Datasheet REV. J. Матери-ал с сайта фирмы NVE Corporation http://www.nve.com.
  8. IL260 IL261 High Speed Five-Channel Digital Isolators. Datasheet REV. C. Материал с сайта фирмы NVE Corporation http://www.nve.com.
  9. IL600 Series Passive Input Digital Isolators — CMOS Outputs. Datasheet REV. D. Материал с сайта фирмы NVE Corporation http://www.nve.com.

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Есть в электронике такое понятие как гальваническая развязка. Её классическое определение — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта. Если вы новичок, то эта формулировка покажется очень общей и даже загадочной. Если же вы имеете инженерный опыт или просто хорошо помните физику, то скорее всего уже подумали про трансформаторы и оптроны.

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Первой приходит в голову защита от высоких напряжений. Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов.

Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.

Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.

Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон.

Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.

Если последнее предложение вас взбудоражило..

Если вы почувствовали жгучее желание закричать что гальванической развязки на конденсаторах быть не может, то рекомендую посетить треды вроде этого. Когда ваша ярость утихнет, обратите внимание что все эти споры датируются 2006 годом. Туда, как и в 2007, мы, как известно, не вернемся. А изоляторы с емкостным барьером давно производятся, используются и отлично работают.

Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. Они выпускаются двумя компаниями — Texas Instruments и Silicon Labs. Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем. Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.

Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек.

Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется.
Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть.

Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Хочется добавить пару слов о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер.
Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе. Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания.

Ещё больше картинок

Микросхема серии Si86xx — цифровой изолятор с четырьмя прямыми и двумя обратными каналами

Микросхема серии Si860x — цифровой изолятор с двумя двунаправленными и двумя однонаправленными каналами

Микросхема серии Si88xx — цифровой изолятор с двумя каналами и встроенным DC/DC-контроллером

Кроме цифровых изоляторов выпускаются изолированные драйверы силовых транзисторов, в том числе на посадочное место оптодрайверов, усилители токового шунта, гальваноразвязанные АЦП и др.

Ещё больше картинок

Микросхема серии Si823x — изолированный драйвер верхнего и нижнего ключа

Микросхема серии Si8261 — изолированный драйвер с эмулятором светодиода на входе

Микросхема серии Si8920 — изолированный усилитель токового шунта

Микросхема серии Si890x — изолированный АЦП

  • изоляция
  • гальваническая развязка
  • оптрон
  • цифровой изолятор

Зачем нужна цифровая изоляция

Совершенствование микроэлектронных элементов и повышение их электрической прочности до десятков киловольт позволило создать устройства для управления силовыми электрическими цепями на базе полупроводников. Они получили название «цифровые изоляторы» или «изоляторы интерфейса».

Цифровой изолятор Analog Devices

Принцип работы цифрового изолятора

Цифровым изолятором называют полупроводниковый прибор, который играет роль гальванической развязки. Он исключает прямую передачу электрического тока по проводнику и делает это с помощью посредника. Что обеспечивает безопасность функционирования силовых электрических цепей – как для человека, ими управляющего, так и для приборов, которые в них включены.

Принципиально он не отличается от приборов, которые исполняли роль гальванической развязки ранее. Разница между ними только в исполнении. Они состоят из трех основных элементов:

  1. Источника электромагнитной энергии (на входе).
  2. Приемника, воспринимающего возмущение ЭДС (на выходе).
  3. Диэлектрика, разрывающего цепь.

Наиболее простым видом гальванической развязки является индуктивный элемент – трансформатор. При подаче напряжения на вход его первичной обмотки возникает магнитное поле, которое возбуждает ЭДС на вторичной обмотке. При этом потери в передаче энергии минимальные – КПД трансформатора 99,5%. Диэлектриком между входом и выходом служит слой лака и бумаги между обмотками.

Несколько иначе действует емкостный элемент – конденсатор. Он является полным изолятором для переменного тока и проводником для постоянного. Что также позволяет использовать его в качестве гальванической развязки. Например, при питании микрофона через кабель, по которому передаются колебания звуковой частоты. Диэлектриком в этом элементе является бумага, разделяющая обкладки.

Следующим видом элемента, обеспечивающим передачу энергии через диэлектрический разрыв, является оптрон. В нем электромагнитная энергия преобразуется в световую. Луч, излучаемый светодиодом, попадает на чувствительный элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности потока фотонов. Диэлектриком в нем работает воздух. Такие приборы заменили конденсаторы и трансформаторы, выигрывая у них в габаритах. Но они уступают им в КПД. Преобразование электричества в свет и обратно снижает его до 60% и существенно повышает уровень энергопотребления.

Схема изолятора 2Pai Semiconductor (Shanghai)

Цифровой изолятор – гальваническая развязка в инновационном исполнении

Неустранимость недостатков оптрона привела к необходимости создания нового вида гальванической развязки, в которой роль диэлектрика играет полупроводник – оксид кремния SiO2 или полиимидная пленка.

На сегодняшний день есть три типа полупроводниковых гальванических развязок – цифровых изоляторов:

  1. Трансформаторы и конденсаторы, созданные по планарной (пленочной) технологии, широко применяемой при производстве микросхем.
  2. Радиочастотные устройства, заменившие оптроны. В них вместо светодиода работает излучатель и приемник радиоволн (стандартный диапазон 350 и 700 МГц).
  3. Спиновые вентили. Они изменяют свое внутреннее сопротивление под воздействием магнитного поля.

Цифровым это устройство называют по той причине, что оно способно передавать последовательность импульсов, закодированную методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это позволяет использовать его не только в силовых электрических цепях, но и в локальных вычислительных сетях для связи компьютеров и обмена информации.

Где применяются цифровые изоляторы

томограф

Цифровые изоляторы – это устройства, защищающие человека или приборы от прямого воздействия электрического тока. Вот три основных области, в которых они используются:

  1. Силовые цепи.
  2. Выравнивание потенциалов.
  3. Снижение внутренних шумов сигнальных кабелей.

К силовым электрическим сетям относятся токопроводящие линии, напряжение в которых превышает 110 вольт переменного или 400 вольт постоянного тока. Они применяются для питания электрических приводов (электромоторы), а также устройств для передачи или коммутации энергии (силовые подстанции, высоковольтные переключатели). Кроме того, токи большой силы и высокое напряжение используется в ряде медицинских приборов – рентгеновские аппараты, томографы. Цифровые изоляторы позволяют включать и переключать эти приборы так, что обслуживающий персонал и пациенты не находятся под прямым действием высокого напряжения.

Если части электроустановки подключены к разным контурам заземления, то они могут иметь разные потенциалы и между ними потечет электрический ток. Этот эффект носит название «петля заземления», он может быть опасен не только для человека, но и для низковольтных элементов цепи. Включение гальванической развязки в заземлители, а также разрыв с их помощью сигнальных кабелей, объединяющих блоки в единую систему, позволяет избежать такого хода событий.

В локальных вычислительных сетях каждое устройство имеет свой блок питания. Поэтому в сигнальных кабелях наводится паразитное электромагнитное поле и возникают внутренние шумы, препятствующие передаче информации или вносящие в нее искажения. Наряду со случаями, описанными в предыдущем абзаце, это негативно влияет на работу всех устройств – помехи могут передаваться даже на другие объекты, если между ними есть связь. Поэтому вместе с коммутаторами, роутерами и другими передающими устройствами обязательно включаются цифровые изоляторы.

Изоляторы 2 pai Semiconductor

Одним из производителей цифровых изоляторов является компания 2Pai Semiconductor (Shanghai) Co. Ltd (Китай). Она правообладатель собственной технологии Divider, отличающейся от той, что используют, например, Silicon Labs или Analog Devices. Изоляторы производят на нескольких крупнейших фабриках: TSMC VIS FAB1, Key Foundry, China Huahong, что гарантирует надежность и короткий цикл производства изоляторов.

Цифровые изоляторы этого бренда являются конденсаторными элементами на полупроводниках SiO2 и способны выдержать напряжение пробоя до 5 кВ. Информация между обкладками передается с использованием метода ШИМ. На входе она модулируется, на выходе расшифровывается. Эти устройства обладают высокой помехоустойчивостью и низким энергопотреблением.

Они обладают высокой скоростью передачи данных до 200 Мбит/секунду. Широкий диапазон обусловлен разным количеством пар входа и выхода. Их может быть от одной до шести. Компания предлагает широкий модельный ряд (более сотни) устройств. Что позволяет использовать их в самых разнообразных схемах.

Устройства выполнены в форм-факторе pin-to-pin, что существенно облегчает процесс замены ими аналогичных приборов от компаний Silicon Labs, Analog Devices, Texas Instruments. Компания 2Pai Semiconductor обладает пятью производственными площадками, это гарантирует их бесперебойную поставку потребителям в любом количестве.

Наша компания «ОЭС Спецпоставка» является официальным дилером бренда 2Pai Semiconductor, мы располагаем полным ассортиментом цифровых изоляторов и способны удовлетворить любой спрос. Доставка в регионы осуществляется транспортными компаниями по их тарифам.

Зачем нужна цифровая изоляция

Зачем нужна цифровая изоляция

Зачем нужна цифровая изоляция ОЭС Спецпоставка

Совершенствование микроэлектронных элементов и повышение их электрической прочности до десятков киловольт позволило создать устройства для управления силовыми электрическими цеп.

Совершенствование микроэлектронных элементов и повышение их электрической прочности до десятков киловольт позволило создать устройства для управления силовыми электрическими цепями на базе полупроводников. Они получили название «цифровые изоляторы» или «изоляторы интерфейса».

Цифровой изолятор Analog Devices

Принцип работы цифрового изолятора

Цифровым изолятором называют полупроводниковый прибор, который играет роль гальванической развязки. Он исключает прямую передачу электрического тока по проводнику и делает это с помощью посредника. Что обеспечивает безопасность функционирования силовых электрических цепей – как для человека, ими управляющего, так и для приборов, которые в них включены.

Принципиально он не отличается от приборов, которые исполняли роль гальванической развязки ранее. Разница между ними только в исполнении. Они состоят из трех основных элементов:

  1. Источника электромагнитной энергии (на входе).
  2. Приемника, воспринимающего возмущение ЭДС (на выходе).
  3. Диэлектрика, разрывающего цепь.

Наиболее простым видом гальванической развязки является индуктивный элемент – трансформатор. При подаче напряжения на вход его первичной обмотки возникает магнитное поле, которое возбуждает ЭДС на вторичной обмотке. При этом потери в передаче энергии минимальные – КПД трансформатора 99,5%. Диэлектриком между входом и выходом служит слой лака и бумаги между обмотками.

Несколько иначе действует емкостный элемент – конденсатор. Он является полным изолятором для переменного тока и проводником для постоянного. Что также позволяет использовать его в качестве гальванической развязки. Например, при питании микрофона через кабель, по которому передаются колебания звуковой частоты. Диэлектриком в этом элементе является бумага, разделяющая обкладки.

Следующим видом элемента, обеспечивающим передачу энергии через диэлектрический разрыв, является оптрон. В нем электромагнитная энергия преобразуется в световую. Луч, излучаемый светодиодом, попадает на чувствительный элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности потока фотонов. Диэлектриком в нем работает воздух. Такие приборы заменили конденсаторы и трансформаторы, выигрывая у них в габаритах. Но они уступают им в КПД. Преобразование электричества в свет и обратно снижает его до 60% и существенно повышает уровень энергопотребления.

Схема изолятора 2Pai Semiconductor (Shanghai)

Цифровой изолятор – гальваническая развязка в инновационном исполнении

Неустранимость недостатков оптрона привела к необходимости создания нового вида гальванической развязки, в которой роль диэлектрика играет полупроводник – оксид кремния SiO2 или полиимидная пленка.

На сегодняшний день есть три типа полупроводниковых гальванических развязок – цифровых изоляторов:

  1. Трансформаторы и конденсаторы, созданные по планарной (пленочной) технологии, широко применяемой при производстве микросхем.
  2. Радиочастотные устройства, заменившие оптроны. В них вместо светодиода работает излучатель и приемник радиоволн (стандартный диапазон 350 и 700 МГц).
  3. Спиновые вентили. Они изменяют свое внутреннее сопротивление под воздействием магнитного поля.

Цифровым это устройство называют по той причине, что оно способно передавать последовательность импульсов, закодированную методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это позволяет использовать его не только в силовых электрических цепях, но и в локальных вычислительных сетях для связи компьютеров и обмена информации.

Где применяются цифровые изоляторы

томограф

Цифровые изоляторы – это устройства, защищающие человека или приборы от прямого воздействия электрического тока. Вот три основных области, в которых они используются:

  1. Силовые цепи.
  2. Выравнивание потенциалов.
  3. Снижение внутренних шумов сигнальных кабелей.

К силовым электрическим сетям относятся токопроводящие линии, напряжение в которых превышает 110 вольт переменного или 400 вольт постоянного тока. Они применяются для питания электрических приводов (электромоторы), а также устройств для передачи или коммутации энергии (силовые подстанции, высоковольтные переключатели). Кроме того, токи большой силы и высокое напряжение используется в ряде медицинских приборов – рентгеновские аппараты, томографы. Цифровые изоляторы позволяют включать и переключать эти приборы так, что обслуживающий персонал и пациенты не находятся под прямым действием высокого напряжения.

Если части электроустановки подключены к разным контурам заземления, то они могут иметь разные потенциалы и между ними потечет электрический ток. Этот эффект носит название «петля заземления», он может быть опасен не только для человека, но и для низковольтных элементов цепи. Включение гальванической развязки в заземлители, а также разрыв с их помощью сигнальных кабелей, объединяющих блоки в единую систему, позволяет избежать такого хода событий.

В локальных вычислительных сетях каждое устройство имеет свой блок питания. Поэтому в сигнальных кабелях наводится паразитное электромагнитное поле и возникают внутренние шумы, препятствующие передаче информации или вносящие в нее искажения. Наряду со случаями, описанными в предыдущем абзаце, это негативно влияет на работу всех устройств – помехи могут передаваться даже на другие объекты, если между ними есть связь. Поэтому вместе с коммутаторами, роутерами и другими передающими устройствами обязательно включаются цифровые изоляторы.

Изоляторы 2 pai Semiconductor

Одним из производителей цифровых изоляторов является компания 2Pai Semiconductor (Shanghai) Co. Ltd (Китай). Она правообладатель собственной технологии Divider, отличающейся от той, что используют, например, Silicon Labs или Analog Devices. Изоляторы производят на нескольких крупнейших фабриках: TSMC VIS FAB1, Key Foundry, China Huahong, что гарантирует надежность и короткий цикл производства изоляторов.

Цифровые изоляторы этого бренда являются конденсаторными элементами на полупроводниках SiO2 и способны выдержать напряжение пробоя до 5 кВ. Информация между обкладками передается с использованием метода ШИМ. На входе она модулируется, на выходе расшифровывается. Эти устройства обладают высокой помехоустойчивостью и низким энергопотреблением.

Они обладают высокой скоростью передачи данных до 200 Мбит/секунду. Широкий диапазон обусловлен разным количеством пар входа и выхода. Их может быть от одной до шести. Компания предлагает широкий модельный ряд (более сотни) устройств. Что позволяет использовать их в самых разнообразных схемах.

Устройства выполнены в форм-факторе pin-to-pin, что существенно облегчает процесс замены ими аналогичных приборов от компаний Silicon Labs, Analog Devices, Texas Instruments. Компания 2Pai Semiconductor обладает пятью производственными площадками, это гарантирует их бесперебойную поставку потребителям в любом количестве.

Наша компания «ОЭС Спецпоставка» является официальным дилером бренда 2Pai Semiconductor, мы располагаем полным ассортиментом цифровых изоляторов и способны удовлетворить любой спрос. Доставка в регионы осуществляется транспортными компаниями по их тарифам.

Наши филиалы

Микросхемы цифровых изоляторов предназначены для реализации гальванически разделенных каналов передачи цифровых сигналов, согласования уровней логических сигналов или исключения паразитных контуров с замыканием через землю.

Каждый канал изоляторов производства Silicon Labs работает аналогично оптрону, но вместо модулированного светового потока передается модулированный радиосигнал. Цифровые изоляторы реализованы по КМОП-технологии и обеспечивают устойчивый изолированный канал передачи данных без необходимости инициализации радиочастотной части и подключения внешних элементов.

  • малое энергопотребление;
  • устойчивость работы в условиях мощных электромагнитных помех;
  • малое энергопотребление.

Номенклатура цифровых изоляторов Silicon Labs включает несколько десятков микросхем, различающихся по количеству прямых и обратных каналов передачи данных, по скорости обмена данными, напряжению изоляции и другим характеристикам.

Серия микросхем

Документация

Описание

Однонаправленных каналов

Двунаправленных каналов

Напряжение изоляции, кВ

Входной сигнал

Корпуса

Максимальные скорости передачи данных, Мбит/с

Время распространения сигнала, нс

Напряжения питания на входе, В

Напряжения питания на выходе, В

Прямых каналов

Обратных каналов

узкий SOIC16, широкий SOIC8, QSOP16, широкий SOIC16

для подключения 24В датчиков с дискретными выходами

эмуляция входа светодиода

универсальные на 10кВ

для замены оптронов

эмуляция входа светодиода

DIP8, узкий SOIC8, широкий SOIC6

со встроенным контроллером DC/DC

широкий SOIC16, широкий SOIC20, широкий SOIC24

Технические характеристики и особенности работы

Вход цифрового изолятора модулирует входной сигнал несущей частотой радиочастотного генератора, используя метод амплитудной манипуляции (ООК, on/off-key), где сигнал «лог. 1» определяется наличием радиосигнала, а сигнал «лог. 0» — его отсутствием. В качестве изоляционного материала используется диоксид кремния, обеспечивающий изоляцию в 500 В действующего значения переменного напряжения на каждый микрон. В цифровых изоляторах Si80xx, Si84xx и Si86xx барьера настолько мала, что для передачи данных достаточно микромощного сигнала, который исключает взаимное влияние каналов между собой. По этой же причине использование цифровых изоляторов фирмы Silicon Labs не создается помех во внешний эфир, а влияние электромагнитных помех и синфазного шума не искажает передаваемый сигнал благодаря дифференциальной передаче радиосигнала. Схема включения цифрового изолятора включает в себя два источника питания, один из которых находится на стороне передатчика, а другой на стороне приемника. На рисунке представлена временная диаграмма состояний линий питания и выходного сигнала.

Ассортимент микросхем

В описанной линейке цифровых изоляторов отдельно выделяются серии Si840x и Si860x – изоляторы с двунаправленными каналами, совместимые с интерфейсами I2C, SMBus и PMBus. Подробнее.

Сравнение с аналогичными решениями

Цифровые изоляторы – одно из приоритетных направлений развития компании Silicon Labs, микросхемы Si86xx и Si84xx завоевали большую популярность на российском рынке, часто их используют в качестве замены аналогичным микросхемам Analog Devices и оптронам. По сравнению с оптронной развязкой цифровые изоляторы в несколько раз компактнее, меньше зависят от температуры окружающей среды и питающих напряжений. С переходом на микросхемы цифровых изоляторов исчезает необходимость учитывать деградацию светопропускающего слоя оптрона, увеличивается устойчивость к синфазным помехам.

Наиболее распространенный аналог цифровых изоляторов Si84xx и Si86xx — изоляторы ADUMxxx от Analog Devices. Архитектура изоляторов Silicon Labs проще и вместе с тем более надежна, на рынке изоляторы Silicon Labs предлагаются в среднем на 20% дешевле. Таблицу замен изоляторов ADUM на изоляторы фирмы Silicon Labs можно скачать отдельным документом в формате PDF.

  • другие Микросхемы для гальванической развязки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *