高速数字电路中电子隔离应用

图8:电容耦合。
使用一个电容隔离层的好处是,在尺寸大小和能量传输方面的高效率,以及对磁场的抗扰度。前者使低功耗和低成本集成隔离电路成为可能;而后者使在饱和或高密度磁场环境下运行成为可能。
电容耦合技术的缺点是其没有差分信号和噪声,并且信号共用相同的传输通道,这一点与变压器不同。这就要求信号频率要大大高于噪声预期频率,这样隔离层电容就呈现出信号的低阻抗,以及噪声的高阻抗。使用了电感耦合以后,电容耦合就不能传输稳定状态信号,并需要时钟编码数据。
3.3.1 TI推出的ISO721
TI推出的ISO72x系列隔离器采用电容耦合技术。电容耦合解决方案采用业经验证的、低成本生产制造工艺,并对磁场具有内在的抗扰度。
为了提供恒定信息的传输,ISO72x使用一个高信号速率和低信号速率通道来进行通信,如图9所示。高信号速率通道未被编码,并且其在一个单端到差分转换之后的隔离层上传输数据。该低信号速率通道以一种脉宽调制格式对数据进行编码,并在隔离层上差分传输数据,从而确保了恒定状态的精确通信(1和0的长字符)。
单端逻辑信号在隔离层上的差分传输允许使用低电平信号和小耦合电容。这就呈现出对共模噪声的高阻抗,并且,通过接收机的共模噪声抑制,带来了优异的瞬态抗扰度,也即信号电容耦合需要解决的主要问题。

图9:ISO72x与ISO72xM的结构图。
3.4 隔离性能
三个主要标准验证了对于隔离保护的必要性,其分别为UL 1577、IEC 60747-5-2和CSA。虽然每一种标准都稍有不同,但是均提供了一个对比隔离性能的标准。IEC、UL和CSA的测试证实了输入和输出之间电介质击穿以外的电压。运用这些标准非常简单,因为测试标准和隔离方法无关。图10显示了隔离测试是如何将隔离器看作是两端器件的。尽管每种器件的物理结构存在差异,但隔离测试却是在电介质击穿电压上测定的。
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