相比光耦，數(shù)字隔離器如今越來越流行，那么你真的會(huì)選數(shù)字隔離器嗎？由于數(shù)字隔離器和光耦的功能基本相同，因此很多參數(shù)和光耦類似。但還有很多不一樣之處，今天我們就結(jié)合Datasheet，來講一講數(shù)字隔離器的選型。

從看Datasheet到提出問題

既然談到選型，就離不開Datasheet。Datasheet是芯片的說明書，每個(gè)產(chǎn)品的說明書都是循序漸進(jìn)的，從概述到詳細(xì)參數(shù)再到注意事項(xiàng)，Datasheet亦如此，它也有著固有格式，包括產(chǎn)品介紹、關(guān)鍵參數(shù)、通過的安規(guī)認(rèn)證（隔離器關(guān)系到安全問題必須要有這項(xiàng)）、應(yīng)用領(lǐng)域、器件基本信息（封裝、尺寸）以及產(chǎn)品框圖。

那么，我們也應(yīng)該循序漸進(jìn)地逐步確定需求并縮小選型范圍。

拿到Datasheet第一步，就是先看第一頁概述，這是對(duì)產(chǎn)品的總結(jié)，一般包括了參數(shù)和介紹等，讓我們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)得以迅速了解芯片的性能指標(biāo)。選型和原型驗(yàn)證往往是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最花時(shí)間的，因此詳細(xì)閱讀并了解非常有助于我們前期篩選。

然后，從應(yīng)用角度出發(fā)，清晰了解應(yīng)用具體需求及演進(jìn)路線，一般Datasheet中都會(huì)具體列出適合的應(yīng)用，比如汽車、光伏、電機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化等等。

通過上述介紹，我們已經(jīng)基本了解產(chǎn)品大致情況，對(duì)于應(yīng)用而言，還需要有一些更為詳細(xì)的參考，這就是我們接下來要聊的，數(shù)字隔離器都要看哪些參數(shù)？

細(xì)數(shù)藏在參數(shù)里的門道

對(duì)于數(shù)字隔離器來說，哪些參數(shù)值得關(guān)注？為了避免紙上談兵，我們請(qǐng)教了納芯微產(chǎn)品線總監(jiān)葉健，深耕隔離器領(lǐng)域多年的他，完整見證了從光耦到數(shù)字隔離器的替代過程，提供了很多知識(shí)總結(jié)。他以納芯微的NSI82xx-Q1SWWR系列高可靠性多通道超寬體數(shù)字隔離器為例，具體解讀了數(shù)字隔離器的Datasheet。

雖然Datasheet上存在隔離電壓、CMTI、封裝、速度、功耗、ESD等大量參數(shù)，讓人眼花繚亂，但葉健也總結(jié)了應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)觀察的參數(shù)項(xiàng)。葉健結(jié)合納芯微的產(chǎn)品列出了以下七個(gè)主要參數(shù)，不分先后。

首先是隔離電壓。隔離產(chǎn)品是一個(gè)安規(guī)器件，因此一定是圍繞著安全進(jìn)行選型，其中最主要的就是隔離電壓的能力。比如納芯微通過基本隔離、增強(qiáng)隔離等多種產(chǎn)品，覆蓋了不同耐壓范圍，以滿足客戶不同的系統(tǒng)需求選型。

其二是ESD。它是隔離芯片高可靠性的重要保證，對(duì)絕大多數(shù)芯片而言，ESD都是必須的，但也分強(qiáng)弱，而隔離芯片由于所處高壓環(huán)境中，在系統(tǒng)中通常是處于高低壓的接口處，因此ESD同樣極為重要。納芯微實(shí)現(xiàn)了8kV的HBM耐壓能力，屬于芯片級(jí)HBM ESD中最高等級(jí)。

第三是CMTI。它是隔離產(chǎn)品另外一個(gè)重要指標(biāo)，用以衡量芯片的抗瞬態(tài)干擾能力，也就是芯片在系統(tǒng)應(yīng)用中的魯棒性表現(xiàn)。CMTI具體是是指短時(shí)間電壓上升或下降到可以破壞驅(qū)動(dòng)器輸出狀態(tài)的值，瞬態(tài)干擾是由開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的高 DV/DT 引起的，如果CMTI能力不夠，可能會(huì)導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤，甚至出現(xiàn)電路短路，影響系統(tǒng)安全。納芯微隔離器的CMTI主要為±200kV/μs，部分型號(hào)甚至可達(dá)到±250kV/μs。

第四是封裝。這里的封裝不止體現(xiàn)在尺寸上，而是與耐壓或安規(guī)爬電間距等指標(biāo)相關(guān)，也會(huì)根據(jù)客戶的要求或系統(tǒng)要求提供不同芯片選型，但最終目標(biāo)一定會(huì)是在更小尺寸、更高集成度情況下，同時(shí)能夠滿足安規(guī)要求。比如納芯微就提供了包括SOP、SOW、SOWW等不同封裝種類，滿足不同安規(guī)要求，這點(diǎn)之后會(huì)細(xì)說。

五是傳輸速率和延遲。它是數(shù)字隔離器高性能的體現(xiàn)，最高可以支持?jǐn)?shù)百M(fèi)bps甚至達(dá)到Gbps的傳輸速率。不同通信標(biāo)準(zhǔn)和接口對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸率要求不同，需要仔細(xì)審閱。但葉健也強(qiáng)調(diào)，無論是1Mbps還是150Mbps，對(duì)成本影響并不大，也正因此納芯微的產(chǎn)品并沒有根據(jù)傳輸速率設(shè)置更多的產(chǎn)品類別，而是基本都是一步到位做到了150Mbps，可以滿足絕大部分應(yīng)用需求。另外除了傳輸速率，在Datasheet中也會(huì)有時(shí)序相關(guān)的各類詳細(xì)參數(shù)，這也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的。

六是功耗。不過葉健表示，數(shù)字隔離器相對(duì)光耦而言，功耗已經(jīng)實(shí)現(xiàn)極大降低，因此對(duì)于功耗的訴求相對(duì)不大，但Datasheet中還是會(huì)詳細(xì)列出各種狀況下的功耗指標(biāo)。

七是工作溫度。工作溫度與應(yīng)用場(chǎng)景強(qiáng)相關(guān)，比如車規(guī)產(chǎn)品分了Grade 0到Grade 3四個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)不同的溫度要求，Grade 0需要覆蓋的溫度范圍是-40℃~150℃，工規(guī)則根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)溫度有不同的要求，通常最高要求是-40℃~125℃等，這些都在Datasheet中有詳細(xì)說明。

封裝的學(xué)問

葉健強(qiáng)調(diào)，僅對(duì)隔離器而言，封裝的影響很大，主要原因是封裝的大小直接影響器件的耐壓能力，因此這也是需要特別注意的地方。誰都愿意將產(chǎn)品小型化，但更高規(guī)格的隔離電壓需要更寬的封裝。也正因此，納芯微推出包括普通、寬體以及超寬體的封裝，超寬體封裝的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)指標(biāo)上，一個(gè)是15mm爬電距離，另一個(gè)是8 kVrms的隔離耐壓，增強(qiáng)型隔離器可以提供與兩個(gè)串聯(lián)的基本隔離器相當(dāng)?shù)慕^緣水平，這可以滿足一些特殊的應(yīng)用需求，比如光伏逆變器等等。

納芯微不同種封裝方式及詳細(xì)指標(biāo)都在Datasheet中列出

簡(jiǎn)而言之，更大封裝將允許更高的隔離電壓規(guī)格。如果您可以選擇更小的封裝來滿足系統(tǒng)的監(jiān)管要求，那么更小的封裝當(dāng)然有助于節(jié)省板空間和成本。此外，您還需要考慮通信接口需要多少個(gè)隔離通道，因?yàn)橥ǖ罃?shù)越高，封裝類型就越重要。

電氣間隙（Clearance）和爬電距離（Creepage）是兩個(gè)不同指標(biāo)，電氣間隙是兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間測(cè)得的最短空間距離，爬電距離則是指沿絕緣表面測(cè)得的兩個(gè)導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備界面之間的最短距離。

電氣間隙和爬電距離受環(huán)境污染等級(jí)、海拔、CTI等影響，尤其是光伏、風(fēng)電等野外惡劣環(huán)境下持續(xù)工作場(chǎng)景中，海拔和污染的影響很高。如何盡可能滿足電氣間隙和爬電距離的要求同時(shí)還能減少整體尺寸？納芯微產(chǎn)品的CTI達(dá)到了600V，可以使得系統(tǒng)對(duì)爬電距離的要求降到最低，從而減少系統(tǒng)尺寸。

安全標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要

光是滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并不意味著選型結(jié)束，隔離器還要關(guān)注安全認(rèn)證指標(biāo)，作為安全相關(guān)產(chǎn)品，認(rèn)證往往都會(huì)放在最醒目位置，比如納芯微Datasheet第一頁中就給出了其滿足的安規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，包括UL1577、CQC、CSA、VDE等不同認(rèn)證體系。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)之所以重要，是因?yàn)橹圃焐淘谶x擇帶有認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品后，就可以很容易拿到系統(tǒng)的安規(guī)證書，使得產(chǎn)品放心地在全球范圍內(nèi)的使用和銷售。

UL1577標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字隔離器的關(guān)鍵元件級(jí)認(rèn)證要求，適用于光隔離器、磁隔離器以及電容隔離器。為通過該標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，器件必須承受隔離電壓Viso（由制造商規(guī)定，通常為2.5kVrms或5kVrms）達(dá)1分鐘。該規(guī)范還規(guī)定隔離器需要采用120%隔離電壓進(jìn)行100%生產(chǎn)測(cè)試，持續(xù)時(shí)間為1秒鐘。

另外，數(shù)字隔離器還需要參考CQC、CSA、VDE等地區(qū)性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

安規(guī)認(rèn)證背后，是嚴(yán)格的測(cè)試流程。需要經(jīng)過包括老化測(cè)試，耐高壓測(cè)試，抽樣測(cè)試，寬溫測(cè)試，壽命測(cè)試等各類測(cè)試，尤其是壽命測(cè)試，甚至需要半年以上才算一次完整的測(cè)試周期。

通過機(jī)構(gòu)認(rèn)證并不意味結(jié)束，在產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)，還需要對(duì)每顆芯片進(jìn)行測(cè)試。比如，納芯微的每顆隔離器在出廠時(shí)都通過了高壓測(cè)試，并且每季度還要進(jìn)行批次性抽樣測(cè)試。以完整的測(cè)試流程確保了隔離器件的安全可靠。

寫在最后

Datasheet后半部分基本就是芯片的具體引腳布局圖，特性指標(biāo)，細(xì)節(jié)介紹，詳細(xì)實(shí)測(cè)結(jié)果，應(yīng)用指南，封裝尺寸圖，認(rèn)證指南等等，為工程師在不同階段的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

由于隔離器件并不屬于主芯片，因此使用過程中需要特別注意的事項(xiàng)不多，如果是主處理器等產(chǎn)品，Datasheet可能會(huì)有數(shù)百頁之多。但隔離牽扯到至關(guān)重要的安全，因此還是需要工程師仔細(xì)完整的閱讀所有相關(guān)信息。

從分析納芯微的Datasheet中，我們不光了解到數(shù)字隔離器的關(guān)鍵參數(shù)在選型中的作用，也包括安全標(biāo)準(zhǔn)介紹等基礎(chǔ)知識(shí)，更是明顯看到納芯微乃至國(guó)產(chǎn)器件的進(jìn)步，這一方面來自納芯微對(duì)于研發(fā)的不斷投入，也得益于其一直憑借貼近應(yīng)用、貼近市場(chǎng)的方法論進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

總而言之，想要用好一款產(chǎn)品或技術(shù)，首先需要的是了解他，而了解的最好方式就是閱讀Datasheet。

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