3.5 瞬态抗扰度
高转换率(高频率)瞬态可以破坏一个隔离层上的数据传输。该隔离层电容提供了一个如图 11 所示的通道,使瞬态事件穿过隔离层,并破坏输出波形。一个法拉第屏蔽可以使这种在光耦合器或电感耦合器中的位移电流的一部分远离重要的输出结构。

图 11、隔离层电容
在电容耦合解决方案中,法拉第屏蔽并非是一种可行的解决方案。除了瞬态以外,法拉第屏蔽还会阻塞用于数据传输的电场。为了提供瞬态抗扰度,ISO72x 系列电容隔离器只传输 fo 信号(信号中仅代表最高频率能量的数据信号)。这样就允许有一个噪声频率高阻抗的小耦合电容。其他噪声则来自在隔离层上传输数据的差分技术。图 9 显示了穿过电容隔离层的四个信号;两个包含低信号速率信息,另外两个包含高信号速率信息。通过使用差分技术,可以在真正的和补偿信号中看到任何穿过隔离层的剩余共模瞬态,而且差分接收机对其进行了抑制。如表 2 所示,ISO72x 系列的瞬态抗扰度和所有具可比性的高达 25 kV/s 的器件一样高。
表 2 瞬态抗扰度性能

3.6 自动防护
数据线电路和数字隔离器需要注意的一点就是输入信号损耗的输出状态。输入损耗可能出现在线缆断开或直接从隔离器输入端去除电源。自动防护是指在输入损耗状态下一个决定性的或已知的输出状态。ISO72x 系列使用一个周期脉冲来确定输入结构是否有电,并且是否正在工作。如果隔离器的输出端在4s以后没有接收到一个脉冲,那么该输出被设置为一个高状态。ADI 推出的 ADum1100 也在 IC 的输出部分集成了一个自动防护电路。安华高科技推出的光解决方案(HCPL-0721 及–0723)没有提及自动防护,而电感 GMR 解决方案(HCPL-0900)明确地描述了在电源排序期间输出的不确定性质。
3.7 功耗
除了隔离层上信号传输的效率之外,输入和输出调节电路的设计同功耗的相关性最大。如表 3 所示,与电感或电容实例相比,光耦合器的功耗会更高。
表 3 静态电源电流

3.8 可靠性
故障前平均工作时间 (MTTF) 是半导体设备可靠性的标准测量方法。对于数字隔离器而言,这种测量表示集成电路和隔离机制的可靠性。表 4 显示了一款光、电感和电容数字隔离器的 MTTF。与电感及光解决方案相比,ISO721 非常可靠。
表 4 MTTF 可靠性测量
点击看原图
ADuM1100 可靠性数据表没有明确地说明 MTTF,但是其提供了可靠性测试的结果。表 5 显示了 ISO721 和 ADuM1100 可靠性测试的参数。
表 5 原始可靠性数据

3.9 外部磁场抗扰度
图 12 对比了 ADuM1100 和 ISO72x(没有找到 HCPL-0900 的数据)的磁场抗扰度。相对来说尽管这两个实例均对磁场有一定的抗扰度,但是 ISO72x 提供了更大的裕度。如前面所述,光耦合隔离层电路对外部磁场具有内在的磁化抗扰度。

图 12、对外部磁场的敏感度
4 结论
噪声降低和噪声保护使得隔离器在那些隔离器中断接地环路并将接地电压差隔离的电子电路中得到广泛使用。设计人员现在拥有许多用来进行数字信号隔离的选择,包括 TI 推出的 ISO72x 系列,其在信号速率、电介质击穿电压、瞬态抗扰度、功耗、磁场抗扰度以及可靠性等重要特性方面均表现不俗。表 6 对本报告中所讨论实例的这些特性进行了总结。
表 6 不同数字隔离器的参数
点击看原图
5 参考书目
1、《电子系统中的降噪技术第二版》,作者:H. W. Ott
2、《电子兼容性设计人员指南》,作者:D. Girke, B. Kimmel
3、《HCPL-0721 产品说明书》,安华高科技
4、《HCPL-0723 产品说明书》,安华高科技
5、《HCPL-0900 产品说明书》,安华高科技
6、《光学耦合器输入驱动电路》,AN3001 仙童应用手册
7、《ADuM1100 产品说明书修订版 E》,美国模拟器件公司
8、《ISO72x 产品说明书》,TI (SLLS629)
9、《ISO72x 数字隔离器磁场抗扰度》TI 应用报告 (SLLA181)
10、《传感器》,1999 年 1 月版,《隔离器件的系统设计人员指南》,作者:P. Pickering
11、《40ns 传播延迟 CMOS 光学耦合器可靠性产品说明书》,2002 年 7 月版,安捷伦科技(安华高科技)
12、《安捷伦 HCPL-0900/0930/0931 高速数字光学隔离器可靠性产品说明书》,2005 年 5 月版,安捷伦科技(安华高科技)
13、《ADuM1100 Fab 传输、可靠性报告》,2002 年 12 月,美国模拟器件公司