ISOW774x 四通道數(shù)字隔離器：高效集成與可靠防護(hù)的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字隔離器是保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組件。今天，我們要深入探討的是德州儀器（TI）的 ISOW774x 系列四通道數(shù)字隔離器，它集成了低輻射、低噪聲的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器，為我們帶來(lái)了諸多創(chuàng)新特性和卓越性能。

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產(chǎn)品概述

ISOW774x 家族設(shè)備是具有集成高效電源轉(zhuǎn)換器的四通道數(shù)字隔離器，能提供高達(dá) 550 mW 的隔離電源，無(wú)需在空間受限的隔離設(shè)計(jì)中使用單獨(dú)的隔離電源。該系列有多種型號(hào)可供選擇，如 ISOW7740、ISOW7741 等，通過(guò)最后一位數(shù)字表示反向通道的數(shù)量，方便我們根據(jù)具體需求進(jìn)行配置。

特性亮點(diǎn)

高速數(shù)據(jù)傳輸

具備 100 Mbps 的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)通信的需求，確保數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。

高效電源轉(zhuǎn)換

集成的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器采用先進(jìn)的電路和片上布局技術(shù)，將輻射發(fā)射降至最低，典型效率高達(dá) 46%。輸出電壓可通過(guò) VSEL 引腳控制為 3.3 V 或 5 V，還能通過(guò) EN/FLT 引腳關(guān)閉以節(jié)省功耗。同時(shí)，其快速反饋控制回路確保了負(fù)載瞬變期間的低過(guò)沖和欠沖，軟啟動(dòng)機(jī)制則有效控制了浪涌電流。

低噪聲與低輻射

在設(shè)計(jì)中，ISOW774x 采用了多種技術(shù)來(lái)降低噪聲和輻射。例如，將內(nèi)部振蕩器的頻率降低至 25 MHz，減少了輻射頻譜中的高頻成分；使用鐵氧體磁珠進(jìn)一步衰減輻射，優(yōu)化了電磁兼容性（EMC），使其能夠輕松滿足 CISPR 32 和 EN 55032 Class B 標(biāo)準(zhǔn)，且在兩層板上有超過(guò) 5 dB 的余量。

強(qiáng)大的電磁兼容性

為應(yīng)對(duì)惡劣工業(yè)環(huán)境中的電磁干擾，ISOW774x 進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)。輸入和輸出信號(hào)引腳以及芯片間鍵合焊盤采用了強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)單元，ESD 單元與電源和接地引腳采用低電阻連接，增強(qiáng)了對(duì)靜電放電（ESD）、電氣快速瞬變（EFT）和浪涌的耐受性。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部布局，減少了共模電流和內(nèi)部高頻耦合。

多重保護(hù)機(jī)制

該系列設(shè)備具備多種保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的可靠性。包括軟啟動(dòng)以限制浪涌電流、過(guò)壓和欠壓鎖定、EN/FLT 引腳的故障檢測(cè)、過(guò)載和短路保護(hù)以及熱關(guān)斷等。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，EN/FLT 引腳會(huì)拉低，關(guān)閉 DC - DC 轉(zhuǎn)換器以防止損壞。

寬溫度范圍

能夠在 - 40°C 至 + 125°C 的寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適用于各種惡劣的工業(yè)和戶外環(huán)境。

技術(shù)細(xì)節(jié)

電源隔離

集成變壓器使用薄膜聚合物作為絕緣屏障，輸出電壓可通過(guò) VSEL 引腳靈活控制。VISOOUT 需要連接到 VISOIN 以確保反饋通道正常工作，可直接連接或通過(guò)始終供電的 LDO 連接，推薦在兩者之間使用鐵氧體磁珠以進(jìn)一步降低輻射。

信號(hào)隔離

信號(hào)隔離通道采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過(guò)二氧化硅隔離屏障傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。發(fā)射器通過(guò)屏障發(fā)送高頻載波表示一種狀態(tài)，不發(fā)送信號(hào)表示另一種狀態(tài)，接收器在信號(hào)調(diào)理后解調(diào)信號(hào)并通過(guò)緩沖級(jí)輸出。這種設(shè)計(jì)不僅提高了共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI），還減少了高頻載波和 IO 緩沖開關(guān)的輻射發(fā)射。

應(yīng)用場(chǎng)景

工廠自動(dòng)化

在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，ISOW774x 可用于隔離數(shù)據(jù)控制器（如微控制器或 UART）與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或線路收發(fā)器之間的信號(hào)，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，同時(shí)減少電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。

電機(jī)控制

在電機(jī)控制系統(tǒng)中，該隔離器能夠有效隔離高壓和低壓電路，保護(hù)控制電路免受電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾和電壓波動(dòng)的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施

在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中，ISOW774x 可用于隔離高壓側(cè)和低壓側(cè)的信號(hào)和電源，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。其高隔離電壓和良好的電磁兼容性使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境。

醫(yī)療設(shè)備

在醫(yī)療設(shè)備中，對(duì)電氣隔離和安全性要求極高。ISOW774x 具有多種安全認(rèn)證，如 VDE、UL 等，能夠?yàn)獒t(yī)療設(shè)備提供可靠的隔離保護(hù)，確?；颊吆歪t(yī)護(hù)人員的安全。

測(cè)試與測(cè)量

在測(cè)試與測(cè)量設(shè)備中，ISOW774x 可用于隔離不同模塊之間的信號(hào)，減少干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

設(shè)計(jì)建議

電源供應(yīng)

為確保設(shè)備在數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，應(yīng)在電源引腳附近放置足夠的去耦電容。VISOOUT 必須連接到 VISOIN 以保證反饋通道正常工作，可通過(guò)鐵氧體磁珠直接連接或通過(guò)始終供電的 LDO 連接。輸入電源（VIO 和 VDD）應(yīng)具有足夠的電流額定值，以支持輸出負(fù)載和最大數(shù)據(jù)速率下的開關(guān)操作。

布局設(shè)計(jì)

采用低成本的兩層 PCB 即可實(shí)現(xiàn)良好的 EMC 性能。高速走線應(yīng)布置在頂層，避免使用過(guò)孔，以減少電感和信號(hào)不連續(xù)性。在高速信號(hào)層旁邊放置實(shí)心接地平面，可建立受控阻抗并提供低電感的回流路徑。電源平面應(yīng)靠近接地平面，以增加高頻旁路電容。同時(shí)，應(yīng)確保 GND 引腳有足夠的銅面積，以防止設(shè)備內(nèi)部結(jié)溫過(guò)高。

總結(jié)

ISOW774x 系列四通道數(shù)字隔離器憑借其高速數(shù)據(jù)傳輸、高效電源轉(zhuǎn)換、低噪聲與低輻射、強(qiáng)大的電磁兼容性和多重保護(hù)機(jī)制等特性，為電子工程師提供了一個(gè)可靠、高效的解決方案。無(wú)論是在工廠自動(dòng)化、電機(jī)控制還是醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，ISOW774x 都能發(fā)揮重要作用，幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出更加穩(wěn)定、安全的電子系統(tǒng)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和技術(shù)指標(biāo)，合理選擇型號(hào)，并嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)建議進(jìn)行布局和電源供應(yīng)設(shè)計(jì)。希望通過(guò)本文的介紹，能讓大家對(duì) ISOW774x 有更深入的了解，在電子設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

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