TI ISO676x通用六路增強(qiáng)型數(shù)字隔離器技術(shù)解析與應(yīng)用探索

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，尤其是在工業(yè)控制、電力系統(tǒng)等對(duì)安全性和可靠性要求極高的場(chǎng)景中。德州儀器（TI）推出的ISO676x系列通用六路增強(qiáng)型數(shù)字隔離器，憑借其卓越的性能和豐富的特性，為工程師們提供了理想的解決方案。今天，我們就來(lái)深入剖析這款產(chǎn)品，探索其技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用要點(diǎn)。

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一、ISO676x的突出特性

ISO676x系列數(shù)字隔離器具備多項(xiàng)令人矚目的特性，使其在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。

• 高速數(shù)據(jù)傳輸：高達(dá)50Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)高速通信場(chǎng)景的需求。無(wú)論是工業(yè)自動(dòng)化中的傳感器數(shù)據(jù)采集，還是電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)通信，都能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。
• 強(qiáng)大的隔離性能：擁有堅(jiān)固的隔離屏障，工作電壓可達(dá)1500 (V{RMS})，具有長(zhǎng)達(dá)36年的絕緣壽命，隔離等級(jí)高達(dá)5000 (V{RMS})，最高浪涌能力可達(dá)10 kV，典型共模瞬變抗擾度（CMTI）為±150 kV/μs。這些特性確保了在高電壓、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下，隔離器仍能可靠工作，有效保護(hù)系統(tǒng)中的敏感電路。
• 寬電源電壓范圍：支持1.71 V至1.89 V和2.25 V至5.5 V的寬電源電壓范圍，并且能夠?qū)崿F(xiàn)1.71 V至5.5 V的電平轉(zhuǎn)換。這使得ISO676x能夠適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的靈活性。
• 靈活的輸出配置：提供默認(rèn)輸出高（ISO676x）和默認(rèn)輸出低（ISO676xF）兩種選項(xiàng)，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。
• 低功耗與低延遲：每通道在1 Mbps時(shí)的典型電流僅為1.6 mA，具有較低的功耗。同時(shí)，典型傳播延遲僅為11 ns，確保了信號(hào)的快速傳輸。
• 出色的電磁兼容性（EMC）：具備系統(tǒng)級(jí)的靜電放電（ESD）、電氣快速瞬變（EFT）和浪涌抗擾能力，并且輻射發(fā)射低。這得益于其芯片級(jí)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，如輸入和輸出信號(hào)引腳的強(qiáng)ESD保護(hù)單元、低電阻連接、增強(qiáng)的高壓隔離電容、大的片上去耦電容、PMOS和NMOS器件的隔離設(shè)計(jì)以及純差分內(nèi)部操作等。
• 豐富的安全認(rèn)證：通過(guò)了DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577組件認(rèn)可計(jì)劃以及IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1、IEC 60601 - 1和GB 4943.1等多項(xiàng)安全認(rèn)證，為產(chǎn)品的安全性提供了可靠保障。

二、引腳配置與功能

ISO676x系列采用16引腳SOIC寬體（DW）封裝，不同型號(hào)（ISO6760、ISO6761、ISO6762、ISO6763）的引腳布局略有不同，但主要功能包括電源引腳（VCC1、VCC2）、接地引腳（GND1、GND2）以及六個(gè)輸入輸出通道（INA - INF、OUTA - OUTF）。

三、電氣特性與參數(shù)

ISO676x的電氣特性和參數(shù)在不同的電源電壓下有所不同，以下是一些關(guān)鍵參數(shù)的概述：

• 絕對(duì)最大額定值：電源電壓（VCC1至GND1、VCC2至GND2）范圍為 -0.5 V至6 V，輸入/輸出電壓范圍為 -0.5 V至VCCX + 0.5 V（最大不超過(guò)6 V），輸出電流范圍為 -15 mA至15 mA，工作結(jié)溫范圍為 -65°C至150°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至150°C。
• ESD額定值：人體模型（HBM）為±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±1500 V。
• 推薦工作條件：電源電壓VCC1和VCC2的推薦范圍為1.71 V至1.89 V和2.25 V至5.5 V，UVLO閾值在電源電壓上升和下降時(shí)有所不同，輸入高電平電壓為0.7 x VCCI，輸入低電平電壓為0至0.3 x VCCI，輸出高電平電流和低電平電流根據(jù)不同的電源電壓和負(fù)載情況而變化，數(shù)據(jù)速率范圍為0至50 Mbps，環(huán)境溫度范圍為 -40°C至125°C。
• 熱特性：結(jié)到環(huán)境的熱阻為68.8°C/W，結(jié)到頂部的熱阻為31.8°C/W，結(jié)到板的熱阻為32.7°C/W。
• 功率額定值：不同型號(hào)在不同測(cè)試條件下的最大功率耗散有所不同，例如ISO6760在Vcc1 = Vcc2 = 5.5 V、T = 150°C、C = 15 pF、輸入25 MHz 50%占空比方波時(shí)，兩側(cè)的最大功率耗散為192 mW。
• 絕緣特性：外部爬電距離和電氣間隙均大于8 mm，內(nèi)部絕緣距離大于17 μm，比較起痕指數(shù)大于600 V，最大重復(fù)峰值隔離電壓為2121 VPK，最大工作隔離電壓為1500 VRMS（交流）和2121 VDC（直流），最大瞬態(tài)隔離電壓為7071 VPK，最大脈沖電壓為7692 VPK，最大浪涌隔離電壓為10000 VPK，表觀電荷小于等于5 pC，隔離電容約為1 pF，隔離電阻在不同溫度和電壓條件下有所不同，污染等級(jí)為2，氣候類(lèi)別為40/125/21，UL 1577最大耐受隔離電壓為5000 VRMS。

四、功能原理與工作模式

ISO676x采用開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過(guò)二氧化硅基隔離屏障傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。發(fā)射器發(fā)送高頻載波表示一種數(shù)字狀態(tài)，不發(fā)送信號(hào)表示另一種數(shù)字狀態(tài)。接收器在經(jīng)過(guò)高級(jí)信號(hào)調(diào)理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并通過(guò)緩沖級(jí)產(chǎn)生輸出。如果ENx引腳為低電平，則輸出為高阻抗。

該系列器件的工作模式包括正常模式、默認(rèn)模式和未確定模式。在正常模式下，通道輸出跟隨輸入的邏輯狀態(tài)；在默認(rèn)模式下，當(dāng)輸入開(kāi)路或VCCI未供電時(shí)，通道輸出為默認(rèn)邏輯狀態(tài)（ISO676x為高，ISO676xF為低）；當(dāng)VCCO未供電時(shí)，通道輸出未確定。

五、應(yīng)用領(lǐng)域與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

ISO676x系列數(shù)字隔離器廣泛應(yīng)用于電源、電網(wǎng)、電表、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工廠(chǎng)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、照明和家電等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，需要注意以下要點(diǎn)：

• 電源供應(yīng)：為確保在數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，建議在輸入和輸出電源引腳（VCC1和VCC2）處使用0.1 μF的旁路電容，并盡可能靠近電源引腳放置。如果應(yīng)用中只有一個(gè)初級(jí)側(cè)電源可用，可以使用變壓器驅(qū)動(dòng)器為次級(jí)側(cè)生成隔離電源，如TI的SN6501或SN6505B。
• PCB布局：為實(shí)現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計(jì)，至少需要兩層板。四層板可以進(jìn)一步改善EMI性能，層堆疊順序應(yīng)為高速信號(hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。高速信號(hào)應(yīng)在頂層布線(xiàn)，避免使用過(guò)孔；接地層應(yīng)緊鄰高速信號(hào)層，以提供低電感的回流路徑；電源層應(yīng)緊鄰接地層，以增加高頻旁路電容；低速控制信號(hào)可以在底層布線(xiàn)。對(duì)于數(shù)字電路，建議使用標(biāo)準(zhǔn)FR - 4 UL94V - 0印刷電路板。

六、總結(jié)與展望

TI的ISO676x系列通用六路增強(qiáng)型數(shù)字隔離器以其高速、高隔離、寬電源范圍、低功耗、良好的電磁兼容性和豐富的安全認(rèn)證等優(yōu)勢(shì)，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種工業(yè)和電力系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)提供了可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇型號(hào)，并注意電源供應(yīng)和PCB布局等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮該系列產(chǎn)品的性能。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，我們期待數(shù)字隔離器在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行提供更有力的保障。

你在使用ISO676x系列數(shù)字隔離器的過(guò)程中有遇到過(guò)什么問(wèn)題嗎？或者你對(duì)數(shù)字隔離器的未來(lái)發(fā)展有什么看法？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。