汽車級數(shù)字隔離器ISO7741E-Q1：性能、應(yīng)用與設(shè)計要點

在汽車電子等對安全性和可靠性要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)字隔離器的作用至關(guān)重要。今天我們就來深入了解一下TI的一款優(yōu)秀產(chǎn)品——ISO7741E-Q1汽車級高速、強(qiáng)電磁兼容性（EMC）四通道數(shù)字隔離器。

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特性亮點

汽車級應(yīng)用認(rèn)證

ISO7741E-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，環(huán)境溫度等級為0級，可在 -40°C至150°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作。這使得它在汽車的各種惡劣工況下都能可靠運行，比如高溫的發(fā)動機(jī)艙等環(huán)境也不在話下。而且它具備功能安全能力，還提供相關(guān)文檔以幫助進(jìn)行功能安全系統(tǒng)設(shè)計，為工程師在設(shè)計安全關(guān)鍵型系統(tǒng)時提供了有力支持。

高速數(shù)據(jù)傳輸

該隔離器的數(shù)據(jù)速率高達(dá)100Mbps，能滿足汽車電子系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)通信的需求，例如在車載網(wǎng)絡(luò)中快速準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)。

強(qiáng)大的隔離性能

其隔離屏障非常堅固，在1500 VRMS工作電壓下預(yù)計壽命超過30年。隔離等級可達(dá)5000 VRMS，浪涌能力高達(dá)12.8kV，典型共模瞬變抗擾度（CMTI）為±100kV/μs。這意味著它能夠有效隔離不同電路之間的電氣連接，防止噪聲和干擾的傳播，保護(hù)敏感電路。

寬電源范圍與電平轉(zhuǎn)換

它支持2.25V至5.5V的寬電源范圍，并且可以實現(xiàn)2.25V至5.5V的電平轉(zhuǎn)換。這使得它能夠與不同電源電壓的電路兼容，增加了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

低功耗與低延遲

在1Mbps數(shù)據(jù)速率下，每個通道的典型功耗僅為1.5mA，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。同時，在5V電源供電時，典型傳播延遲僅為10.7ns，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性。

良好的電磁兼容性

該隔離器具有強(qiáng)大的電磁兼容性（EMC），具備系統(tǒng)級的靜電放電（ESD）、電氣快速瞬變（EFT）和浪涌抗擾度，在隔離屏障上可提供±8kV的IEC 61000 - 4 - 2接觸放電保護(hù)，并且輻射發(fā)射較低，減少了對周圍電路的干擾。

多種安全認(rèn)證

獲得了多項安全相關(guān)認(rèn)證，如DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577組件認(rèn)可計劃，以及IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1、IEC 60601 - 1和GB 4943.1認(rèn)證等，為產(chǎn)品的安全性提供了有力保障。

應(yīng)用場景

混合動力、電動汽車和動力系統(tǒng)

在混合動力、電動汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）、車載充電器、牽引逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器以及逆變器和電機(jī)控制等方面都有廣泛應(yīng)用。這些應(yīng)用場景對電氣隔離和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸髽O高，ISO7741E-Q1的高性能特性正好滿足了這些需求。

車身電子

在汽車停車加熱模塊、HVAC壓縮機(jī)模塊、HVAC控制模塊、HVAC傳感器以及車內(nèi)加熱模塊等車身電子系統(tǒng)中也能發(fā)揮重要作用。

詳細(xì)規(guī)格解析

引腳配置與功能

ISO7741E-Q1采用16引腳的寬體SOIC（DW - 16）封裝，引腳包括電源引腳（VCC1、VCC2）、接地引腳（GND1、GND2）、輸入引腳（INA、INB、INC、IND）、輸出引腳（OUTA、OUTB、OUTC、OUTD）以及輸出使能引腳（EN1、EN2）等。輸出使能引腳可以方便地控制輸出的高阻抗?fàn)顟B(tài)，用于多控制器驅(qū)動應(yīng)用和降低功耗。

電氣特性

電源電壓與電流

電源電壓范圍為2.25V至5.5V，在不同電源電壓下（如5V、3.3V、2.5V），其輸出電壓、輸入電流、CMTI等電氣特性有所不同。例如，在5V電源供電且IOH = - 4mA時，高電平輸出電壓典型值為4.8V；在不同數(shù)據(jù)速率下，芯片的電源電流也會相應(yīng)變化，數(shù)據(jù)速率越高，電源電流越大。

開關(guān)特性

包括傳播延遲時間、脈沖寬度失真、通道間輸出偏斜時間、器件間偏斜時間等。傳播延遲時間在不同電源電壓下有所差異，如5V電源供電時典型值為10.7ns，隨著電源電壓降低，傳播延遲時間會略有增加。

絕緣特性

外部爬電距離和電氣間隙均大于8mm，內(nèi)部絕緣距離大于21mm。比較起痕指數(shù)（CTI）大于600V，說明其絕緣性能良好。此外，還給出了最大重復(fù)峰值隔離電壓、最大工作隔離電壓、最大瞬態(tài)隔離電壓、最大脈沖電壓和最大浪涌隔離電壓等參數(shù)，這些參數(shù)反映了隔離器在不同電壓條件下的絕緣能力。

設(shè)計要點

電源設(shè)計

為了保證芯片在不同數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠工作，建議在輸入和輸出電源引腳（VCC1和VCC2）處使用0.1μF的旁路電容，并且電容要盡可能靠近電源引腳。如果應(yīng)用中只有一個初級側(cè)電源，可使用如TI的SN6501 - Q1或SN6505B - Q1等變壓器驅(qū)動器為次級側(cè)生成隔離電源。

PCB布局

層數(shù)與層疊順序

為實現(xiàn)低電磁干擾（EMI）的PCB設(shè)計，建議使用至少四層板，層疊順序為：高速信號層、接地平面、電源平面和低頻信號層。這樣的布局可以有效控制傳輸線的阻抗，為回流電流提供低電感路徑，同時增加高頻旁路電容。

布線規(guī)則

高速信號走線應(yīng)盡量在頂層，避免使用過孔，以減少電感和信號不連續(xù)性。較慢速度的控制信號可以布在底層，以增加布線的靈活性。如果需要額外的電源或信號層，可以添加第二個電源或接地平面系統(tǒng)，保持平面的對稱性，提高機(jī)械穩(wěn)定性和高頻旁路電容。

PCB材料選擇

對于工作頻率低于150Mbps、上升和下降時間大于1ns且走線長度不超過10英寸的數(shù)字電路板，建議使用標(biāo)準(zhǔn)的FR - 4 UL94V - 0印刷電路板，它具有較低的高頻介電損耗、較少的吸濕性、較高的強(qiáng)度和剛度以及自熄性等優(yōu)點。

總結(jié)

ISO7741E-Q1以其卓越的性能和豐富的特性，為汽車電子等應(yīng)用領(lǐng)域提供了可靠的電氣隔離解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要充分了解其規(guī)格參數(shù)和設(shè)計要點，合理進(jìn)行電源設(shè)計和PCB布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些關(guān)于數(shù)字隔離器的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。