數(shù)字隔離器是否代替光耦？
隨著越來(lái)越多的工業(yè)和通訊設(shè)備智能化，提供了更多的大功率系統(tǒng)控制和反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率并使系統(tǒng)成本減少，當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)隔離器的需求也與日俱增。
從整體上來(lái)說(shuō)，盡管市場(chǎng)需求出現(xiàn)極大增長(zhǎng)，數(shù)字隔離器的價(jià)格依然會(huì)保持穩(wěn)定。雖然在隔離器零部件方面一直存在著價(jià)格壓力，但當(dāng)今的隔離器解決方案仍在不斷增加新的特性，諸如低功率模式和安全能力。因此，當(dāng)今市場(chǎng)上隔離器解決方案將會(huì)繼續(xù)在提升價(jià)值的同時(shí)保持長(zhǎng)期的較低價(jià)格。
隔離器從原理上一般分為三類(lèi)：光電隔離器，電感式隔離器和電容隔離器。習(xí)慣上將第一類(lèi)稱為光耦，后面兩類(lèi)稱為隔離器。這三類(lèi)隔離器應(yīng)用廣泛，各有優(yōu)缺點(diǎn)，其主要廠商都不斷投入新的研發(fā)以獲得更大市場(chǎng)份額。光耦方面，Avago、Vishay、Toshiba、松下、NEC，以及***冠西、佰鴻等都是行業(yè)翹楚，尤以Avago占市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位。隔離器市場(chǎng)則以ADI、NVE、TI、Silicon Labs等廠商占主力。
光耦是70年代發(fā)展起來(lái)的隔離器件，它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，目前已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一，包括晶體管耦合器、高速集成電路輸出耦合器、三端雙向可控硅耦合器以及光控繼電器等，廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大及固態(tài)繼電器（SSR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。
光耦的主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)。這種情形下，速度與功耗成為采購(gòu)關(guān)注焦點(diǎn)。不同的應(yīng)用對(duì)光耦的速度要求也有所不同，例如在通信應(yīng)用中，DeviceNet規(guī)定了相對(duì)較低的數(shù)據(jù)速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，傳播延遲要求小于40ns；CAN總線規(guī)定了125kBd低速和1MBd高速數(shù)據(jù)速率，但對(duì)傳播延時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格的要求；Profibus發(fā)送數(shù)據(jù)則要求在12MBd范圍內(nèi)，并規(guī)定了隔離器、收發(fā)器和連接本身的PWD總延時(shí)。近日安華高推出了兩款車(chē)用級(jí)高速低功耗數(shù)字CMOS光電耦合器產(chǎn)品ACPL-M71T和ACPL-M72T，都使用較低驅(qū)動(dòng)電流和較低功耗的LED技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，適合高速15MBd和低速數(shù)字應(yīng)用。Vishay近期推出的兩款采用標(biāo)準(zhǔn)SOP-5封裝的高速模擬光耦VOM452T/453T除了速度達(dá)到1MBd外，傳播延遲更是減小到了1μs，這一點(diǎn)對(duì)需要比標(biāo)準(zhǔn)光電晶體管光耦更快開(kāi)關(guān)速度的應(yīng)用是非常重要的。
在低功耗方面，以安華高的最新產(chǎn)品超低功耗光電耦合器產(chǎn)品ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L為例，它們比目前標(biāo)準(zhǔn)光電耦合器省電90%。這些光電耦合器可采用獨(dú)特的集成電路設(shè)計(jì)和厚絕緣層材料，在不影響隔離和絕緣性能的條件下大幅度節(jié)省功耗，目標(biāo)市場(chǎng)包括RS485、CANBus和I2C等通信接口、微處理器系統(tǒng)接口，以及A/D和D/A等模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用的數(shù)字隔離。這些光電耦合器集成有高效率發(fā)光二極管LED和高增益光檢測(cè)器，帶來(lái)允許設(shè)計(jì)工程師直接將光電耦合器輸入和微控制器輸出連接的1.6mA低順向驅(qū)動(dòng)電流，節(jié)省了使用緩沖器推動(dòng)LED的需求。
除了對(duì)速度和功耗的要求，光耦產(chǎn)品也正在趨向于低電壓特性，由于越來(lái)越多的產(chǎn)品逐漸轉(zhuǎn)向更低的供電電壓，這也要求光耦具有低電壓來(lái)滿足系統(tǒng)的需求。此外，隨著系統(tǒng)集成度不斷提高，工作環(huán)境日趨嚴(yán)格，光耦產(chǎn)品的體積、工作溫度都受到前所未有的關(guān)注。仍以安華高產(chǎn)品為例，ACPL-570xL/573xL/177xL系列密封型光電耦合器，工作溫度范圍從 -55到+125℃，這些新光電耦合器產(chǎn)品可以在低達(dá)3.0V的電源電壓工作，不會(huì)影響參數(shù)的性能表現(xiàn)。
使用數(shù)字隔離器比傳統(tǒng)的光耦合器有何優(yōu)勢(shì)？
由于光耦合器使用來(lái)自LED的光通過(guò)隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，LED打開(kāi)時(shí)為邏輯高電平 （Logic HIGH），而關(guān)閉時(shí)為邏輯低電平（Logic LOW），這意味著在傳輸?shù)倪^(guò)程中同時(shí)會(huì)產(chǎn)生功秏。
數(shù)字隔離器有較快速的傳輸響應(yīng)，可以利用編碼來(lái)表達(dá)邏輯高電平和邏輯低電平，以下圖為例：
兩脈沖表示為信號(hào)上升沿（Rising Edge）
一脈沖表示為信號(hào)下降沿（Falling Edge）
因此數(shù)字隔離器能在長(zhǎng)時(shí)間的高電平下減少功秏，同時(shí)能夠處理復(fù)雜的雙向接口，如USB和I2C。
另外， 數(shù)字隔離器有較佳“共模瞬態(tài)抗擾度 （Common Mode Transient Immunity， CMTI）”。
CMTI非常重要，因?yàn)楦邤[率（高頻率）瞬變可能會(huì)破壞隔離柵之間的數(shù)據(jù)傳輸。CMTI通常以千微伏每微秒 （kV/us） 為單位進(jìn)行測(cè)量，指的是隔離器介于輸入和輸出之間拒絕噪聲的能力。高CMTI意味著強(qiáng)大的隔離通道。
數(shù)字隔離器 的CMTI可達(dá) 200kV/us ， 反之光耦合器普遍較低。
近些年來(lái)，本土廠商在光耦市場(chǎng)的力量也開(kāi)始顯現(xiàn)，如上海半導(dǎo)體器件八廠、上海無(wú)線電十七廠等。重慶光電技術(shù)研究所為適應(yīng)市場(chǎng)需要研制出了一種由高速響應(yīng)發(fā)光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益電耦合器，這種光電耦合器的輸入端由兩只GaAIAs側(cè)面發(fā)光管組成，其輸出端由兩只Si-PIN光電探測(cè)器以及兩個(gè)高速高增益線性放大電路組成。除此之外，重慶光電技術(shù)研究所還研制出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號(hào)光電耦合器、GG2060I型高壓脈沖測(cè)量光電耦合器、GH1204U型高壓光傳輸光電耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光電耦合器等。