榮湃半導(dǎo)體

數(shù)字隔離器相比光耦合器在性能上有諸多優(yōu)勢(shì)，如壽命長(zhǎng)，沒有溫漂，性能一致性好，集成度高等。隨著國(guó)產(chǎn)數(shù)字隔離器的興起和隔離器價(jià)格的降低，數(shù)字隔離器替換光耦的趨勢(shì)將愈演愈烈。但數(shù)字隔離器相比光耦合器在應(yīng)用中，有一些差異性的地方。本文主要討論數(shù)字隔離器和光耦合器的差異點(diǎn)，以便更好地使用數(shù)字隔離器。

數(shù)字隔離器與光耦合器

輸入輸出電路設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

光耦合器的輸入端為二極管輸入，當(dāng)二極管的陽極和陰極之間的電流超過閾值電流，二極管開啟，這樣把信號(hào)從一端傳輸?shù)搅硪欢恕９怦畹妮斎腚娐吩O(shè)計(jì)中，一般采用添加限流電阻的方式實(shí)現(xiàn)。如果在一些對(duì)傳輸速率要求比較高的場(chǎng)合，還需要加一級(jí)推挽電路，增加二極管的驅(qū)動(dòng)電流，解決由于光耦溫漂和光衰帶來的全溫度范圍和全生命周期信號(hào)傳輸可靠性問題。

對(duì)于數(shù)字隔離器而言，通過判斷輸入端的電壓大小來辨別高低電平，只要幾十個(gè)uA的電流就可以驅(qū)動(dòng)。例如5V的信號(hào)，即使串聯(lián)100K的電阻，有50uA的電流，已經(jīng)足以讓隔離器通過電壓判別高低電平。這里判別高低電平的方式一般有兩種，一種是TTL電平，一種是CMOS電平。TTL電平可以保證2.0V以上輸入為高電平，0.8V以下輸入為低電平；CMOS電平可以保證0.7VDD以上輸入是高電平，0.3VDD以下輸入為低電平。

在輸入電路設(shè)計(jì)中，如果輸入的信號(hào)是開漏信號(hào)，不論是光耦還是數(shù)字隔離器都需要添加上拉電阻以提供高電平，上拉電阻和通訊速率相關(guān)，速率要求比較高的場(chǎng)合，一般上拉電阻盡量小。差異在于光耦通過判別二極管電流大小判別高低電平，而數(shù)字隔離器通過輸入信號(hào)電壓大小判別高低電平。

絕大部分光耦合器輸出為開漏輸出，需要添加上拉電阻提供高電平。數(shù)字隔離器輸出為推挽輸出，如圖1所示。輸出電阻為50歐姆左右，因此不需要上拉電阻，如果添加上拉電阻，建議上拉電阻至少在500歐姆以上。例如，上拉電阻為500歐姆，因?yàn)楦綦x器輸出電阻在50歐姆左右，因此，隔離器輸出低電平大約為0.1VDD左右。

圖1 數(shù)字隔離器輸出端口電路

數(shù)字隔離器與光耦合器

供電電路設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

數(shù)字隔離器均采用5V標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制作而成，因此對(duì)供電引腳和輸入輸出端口的電壓應(yīng)力有嚴(yán)格的要求，一般規(guī)格書會(huì)規(guī)定電壓尖峰不能超過7V，數(shù)字隔離器也會(huì)留有一定的裕量，例如榮湃3KV隔離耐壓產(chǎn)品VDD過電壓應(yīng)力能力在12V左右，5KV隔離耐壓產(chǎn)品VDD過電壓應(yīng)力能力在16V左右。但是在某些極端的系統(tǒng)，由于開關(guān)電源不穩(wěn)定等原因，有可能有超過20V以上的電壓尖峰，這樣會(huì)導(dǎo)致隔離器損壞，因此在這樣情況下，需要對(duì)芯片供電電路做一些優(yōu)化。通常的做法是在芯片VDD供電前端串聯(lián)50-100歐姆電阻，如有必要再在VDD與GND之間并聯(lián)一個(gè)TVS管，如圖2所示。

圖2 VDD供電電壓尖峰抑制電路

數(shù)字隔離器輸出端口電路

數(shù)字隔離器內(nèi)部二極管

電路設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

數(shù)字隔離器的輸入輸出端口與供電引腳VDD之間都有二極管，如圖3虛線框中的二極管所示，這個(gè)二極管的意義是為了提高輸入輸出端口的ESD能力，如果輸入輸出端口有高的過電壓應(yīng)力，通過二極管泄放到VDD與GND之間ESD電路中。

圖3 數(shù)字隔離器輸入端口電路

應(yīng)用中需要注意的是，不要讓輸入輸出端口的電壓超過供電引腳電壓0.5V以上，因?yàn)檫@樣輸入輸出端口可以通過二極管給供電引腳VDD充電，這樣供電引腳VDD電壓會(huì)被抬高，芯片可能會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

原文標(biāo)題：技術(shù)課堂之九 | 數(shù)字隔離器替換光耦過程中有哪些注意點(diǎn)？

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