利用數字隔離器優化隔離系統設計

　　由于磁性數字隔離器大部分功率消耗于從一個狀態切換至另一狀態時，故功耗與工作頻率呈比例關系。因此，處于空閑狀態或者開關速度極低的通道功耗非常小。一旦已確定應用的最大串行時鐘速率，即可設計電源來提供支持該速率的充足電流。在利用光耦合器進行設計時，必須確保LED處于關閉狀態時電路始終處于空閑狀態，以將功耗降至最低。

　　光耦合器技術進入市場已超過30年；一些工程師對轉向新的隔離器技術保持謹慎。大多數制造商都要將產品提交監管機構批準，并清楚展示其隔離器通過了哪些標準。諸如ADI公司數字隔離器的器件均以聚酰亞胺為絕緣體，這種材料也用于許多光耦合器之中。在某些情況下，它們是按照與光耦合器相同的安全標準進行測試，而在其他情況下（如VDE V 0884-10），則專門針對數字隔離器制定了具體標準。例如，表1展示了ADuM140x系列隔離器的機構認證。

　　其他問題涉及數字隔離器承受過壓浪涌的能力，以及它們對共模電壓和磁場干擾形式的瞬變的抗干擾能力。幸運的是，借助聚酰亞胺絕緣材料，ADI公司的數字隔離器可以承受最高6 kV的浪涌達10秒。由于隔離柵上只有極低的寄生電容，因此，磁性隔離器相對于其他技術還具有極佳的共模瞬變抗擾度（CMTI）。例如，典型高速光耦合器的CMTI規格為1至10 kV/μs，而磁性數字隔離器可抑制35 kV/μs以上的共模瞬變。

　　乍一看，對磁場干擾的擔心似乎非常合理，因為采用微變壓器的隔離器利用磁場來橫跨隔離柵發射脈沖。有人可能認為，足夠強的磁場可能會干擾脈沖，從而導致輸出錯誤。然而，由于變壓器及其空芯的半徑非常小，因此只有非常大的磁場或極高的頻率才能產生故障。圖2所示的最大容許電流和頻率仍可以保證AD344x隔離器的輸出無故障。例如，只有超過500 A（1 MHz，距離器件 5 mm）的電流才可能觸發故障輸出。理論上，產生錯誤輸出所需要的幅度和頻率組合遠遠超過了絕大多數應用的范圍。

　　圖2.ADuM344x可保證無錯運行的最大容許電流和頻率

　　高速運行

　　當隔離測量系統使用高采樣速率時，用光耦合器隔離串行總線可能是比較困難的任務。接收器光電二極管的寄生電容限制了光耦合器傳輸數字信號的速度。您可以通過增加來自LED的光量來提高該寄生電容的充電速度，但這樣做會增加功耗。另外，很少有光耦合器在每個封裝內只沿同一方向提供兩個以上的通道，而且通常不包括與通道間匹配相關的時序規格。雖然假定同一封裝中的光耦合器之間具有良好匹配合乎邏輯，但缺少印制的規格意味著您必須做出工程設計假設。與依賴非印制規格的情況相同，大多數謹慎的工程師會選擇留出充足的設計裕量，工作性能遠遠低于采用單個光耦合器時數據手冊指示的性能。

　　使用數字隔離器的另一優勢是，產品可采用4通道器件形式，保證速度最高可達150 Mbps。另外，所有數字隔離器制造商都在數據手冊的時序部分提供了保證通道間匹配規格。例如，ADI公司的ADuM344x隔離器在整個工作溫度范圍內的保證通道間傳播延遲失配小于2 ns。實際使用中，這意味著可以在數據手冊列出的速度下使用數字隔離器，而無需針對較大或未知的器件間或通道間偏斜來下調系統性能。

　　圖3.可以用單個ADM2682E實現全雙工、隔離式RS-485接口

　　集成

　　由于數字隔離器技術兼容標準CMOS工藝，因此，集成額外的功能以簡化系統設計相對較容易。例如，傳統的熱電偶測量器件可能用多個光耦合器來實現低速SPI接口，并用具有驅動器和調節器的隔離變壓器來為隔離前端供電。利用集成隔離電源的數字隔離器（如 ADuM5401），整個隔離系統成為帶四個數據通道和隔離電源的單個集成電路。與使用分立隔離器和隔離電源相比，這種方式提高了可靠性，節省了大量電路板空間，降低了成本。