數(shù)字隔離器已成為光耦合器的一種更優(yōu)越的替代品，具有尺寸更小、速度更快、功耗更低、集成更簡單和可靠性更高等優(yōu)點。

在過去，設計工業(yè)、醫(yī)療和其他隔離系統(tǒng)的工程師在安全隔離方面的選擇有限，通常默認使用光耦合器。如今，數(shù)字隔離器提供了更先進的解決方案，在性能、緊湊性、能效和成本效益方面均表現(xiàn)出色。選擇合適的數(shù)字隔離器需要了解三個關鍵方面：絕緣材料、內部結構和數(shù)據(jù)傳輸方法。

使用隔離主要是為了符合安全標準并減少接地環(huán)路的干擾，確保無需直接電氣連接即可傳輸數(shù)據(jù)。雖然隔離是必要的，但它帶來了信號延遲、功耗增加和額外成本等挑戰(zhàn)。數(shù)字隔離器的目標是在符合安全標準的同時盡量減少這些缺點。

光耦合器是傳統(tǒng)的隔離選擇，但通常功耗高且數(shù)據(jù)傳輸速率有限（通常低于1Mbps）。雖然存在更新、更高效的版本，但它們的成本是較高的。

十多年前開始商業(yè)化的數(shù)字隔離器通過使用基于CMOS的技術解決了光耦合器的局限性。這些隔離器可大幅降低成本和功耗，同時實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。數(shù)字隔離器的有效性取決于其絕緣材料、結構設計和數(shù)據(jù)傳輸方法，所有這些因素必須協(xié)同工作才能在不影響安全性的情況下保持性能。

絕緣材料：

數(shù)字隔離器采用標準半導體材料制造，最常見的是聚酰亞胺和二氧化硅(SiO2) 等聚合物。這些材料的絕緣性能已得到充分認可，聚酰亞胺作為可靠的高壓絕緣體有著悠久的歷史。

安全法規(guī)通常要求特定的耐壓額定值和工作電壓。基于聚酰亞胺的數(shù)字隔離器與光耦合器非常相似，具有出色的絕緣性能，特別適合需要高可靠性和浪涌保護的應用。聚酰亞胺可以涂在比SiO2 更厚的層上，從而增強絕緣性能并減少材料應力，從而提高耐用性。

隔離器結構設計：

在數(shù)字隔離器中，數(shù)據(jù)通過變壓器磁性傳輸或通過電容器電氣傳輸穿過隔離屏障。與使用發(fā)光二極管(LED) 的光耦合器不同，數(shù)字隔離器中的變壓器通過磁場在次級線圈中感應電流，提供出色的共模瞬變免疫力，并實現(xiàn)更厚的絕緣層以增強隔離。

相比之下，電容器使用電場來傳輸數(shù)據(jù)。盡管電容器在高數(shù)據(jù)速率下更節(jié)能，但它們更容易受到共模瞬變的干擾。使用差分電容器對可以緩解此問題，但代價是增加尺寸和成本。

數(shù)據(jù)傳輸方法：

光耦合器依靠LED 傳輸數(shù)據(jù)，當 LED 亮起時，LED 會持續(xù)消耗電力，從而使其效率降低。然而，數(shù)字隔離器使用先進的電路來編碼和解碼數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更快的傳輸速度和管理 USB 和 I2C 等復雜接口的能力。

數(shù)字隔離器中使用的一種方法是將數(shù)據(jù)邊緣編碼為驅動變壓器的單脈沖或雙脈沖。與光耦合器相比，這種方法顯著降低了功耗，因為僅在脈沖期間使用功率，而不是連續(xù)使用。另一種方法涉及射頻調制信號，雖然功耗更大，但在概念上類似于光耦合器中的基于光的傳輸。

選擇最佳數(shù)字隔離器：

數(shù)字隔離器在尺寸、速度、功耗和用戶友好性方面具有眾多優(yōu)勢。但是，對于給定應用，最佳數(shù)字隔離器取決于絕緣材料、內部結構和數(shù)據(jù)傳輸方法的組合。聚酰亞胺基隔離器非常適合醫(yī)療和重工業(yè)設備等要求嚴格的應用，這些應用需要強隔離。對于要求不高的情況，基于電容器的隔離器可能就足夠了，而采用差分數(shù)據(jù)傳輸方法的基于變壓器的隔離器可為安全關鍵應用提供最高級別的性能。

審核編輯 黃宇