ISO7710-Q1高速數(shù)字隔離器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，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，我們就來深入探討一下德州儀器（Texas Instruments）的ISO7710-Q1高速、穩(wěn)健EMC增強(qiáng)型單通道數(shù)字隔離器。

文件下載：iso7710-q1.pdf

一、ISO7710-Q1的特性亮點(diǎn)

1. 汽車級應(yīng)用資質(zhì)

ISO7710-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，能在 -40°C 至 125°C 的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，具備出色的抗靜電能力，其人體模型（HBM）靜電放電分類等級達(dá)到3A，充電設(shè)備模型（CDM）靜電放電分類等級為C6。這使得它非常適合汽車電子等對可靠性要求極高的應(yīng)用場景。

2. 功能安全能力

該隔離器具備功能安全能力，還提供相關(guān)文檔來輔助功能安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為工程師在設(shè)計(jì)安全關(guān)鍵系統(tǒng)時(shí)提供了有力支持。

3. 高速數(shù)據(jù)傳輸

支持高達(dá)100Mbps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。

4. 堅(jiān)固的隔離屏障

在1500 VRMS工作電壓下，預(yù)計(jì)使用壽命超過30年，隔離額定值高達(dá)5000 VRMS，具備高達(dá)12.8kV的浪涌能力，典型共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）為±100kV/μs，能有效抵御各種電氣干擾。

5. 寬電源范圍與電平轉(zhuǎn)換

電源范圍為2.25V至5.5V，可實(shí)現(xiàn)2.25V至5.5V的電平轉(zhuǎn)換，并且提供默認(rèn)輸出高（ISO7710）和低（ISO7710F）兩種選項(xiàng)，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性。

6. 低功耗與低延遲

功耗低，在1Mbps時(shí)典型電流僅為1.7mA；傳播延遲小，在5V電源下典型值為11ns。

7. 強(qiáng)大的電磁兼容性（EMC）

具備系統(tǒng)級的靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）和浪涌抗擾能力，通過±8kV IEC 61000 - 4 - 2接觸放電保護(hù)，同時(shí)輻射發(fā)射低。

8. 豐富的封裝選項(xiàng)與安全認(rèn)證

提供寬體SOIC（DW - 16）和窄體SOIC（D - 8）兩種封裝選項(xiàng)，還獲得了VDE、UL、IEC、GB等多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證。

二、ISO7710-Q1的應(yīng)用場景

1. 混合動力、電動和動力傳動系統(tǒng)（EV/HEV）

在這些系統(tǒng)中，ISO7710-Q1可用于隔離高壓電路和低壓控制電路，保護(hù)敏感的電子設(shè)備，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2. 電池管理系統(tǒng)（BMS）

幫助隔離電池組和控制單元之間的信號，防止電池的高電壓對控制電路造成損壞，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

3. 車載充電器

在充電器的輸入和輸出端進(jìn)行隔離，提高充電器的安全性和可靠性。

4. 牽引逆變器和DC/DC轉(zhuǎn)換器

用于隔離逆變器和電機(jī)控制電路，以及DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入輸出，減少干擾，提高系統(tǒng)效率。

三、ISO7710-Q1的詳細(xì)描述

1. 工作原理

ISO7710-Q1采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過基于二氧化硅的隔離屏障傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。發(fā)射器通過屏障發(fā)送高頻載波來表示一種數(shù)字狀態(tài)，不發(fā)送信號則表示另一種數(shù)字狀態(tài)。接收器在進(jìn)行先進(jìn)的信號調(diào)理后對信號進(jìn)行解調(diào)，并通過緩沖級產(chǎn)生輸出。

2. 功能模式

該隔離器有多種功能模式，如正常工作模式、默認(rèn)模式等。在不同的電源狀態(tài)和輸入信號下，輸出會呈現(xiàn)不同的邏輯狀態(tài)。例如，當(dāng)Vcc1未供電時(shí)，無后綴F的器件輸出為高，帶后綴F的器件輸出為低。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源推薦

為了保證在數(shù)據(jù)速率和電源電壓下的可靠運(yùn)行，建議在輸入和輸出電源引腳（VCC1和VCC2）使用0.1μF的旁路電容，并且電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置。如果應(yīng)用中只有一個(gè)初級側(cè)電源，可借助變壓器驅(qū)動器（如德州儀器的SN6501 - Q1）為次級側(cè)生成隔離電源。

2. PCB布局

• 層數(shù)要求：為實(shí)現(xiàn)低電磁干擾（EMI）的PCB設(shè)計(jì)，至少需要四層板，層疊順序應(yīng)為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。
• 布線原則：高速走線應(yīng)布置在頂層，避免使用過孔，以減少過孔電感的影響；在高速信號層旁邊放置實(shí)心接地層，為傳輸線互連建立受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑；電源層與接地層相鄰可產(chǎn)生約100pF/in2的高頻旁路電容；低速控制信號可布在底層，以增加布線的靈活性。

五、測試與數(shù)據(jù)

1. 參數(shù)測量

文檔中詳細(xì)介紹了各種參數(shù)的測量方法和測試電路，如傳播延遲時(shí)間、脈沖寬度失真、共模瞬態(tài)抗擾度等。例如，在測量傳播延遲時(shí)間時(shí)，輸入脈沖由具有特定特性的發(fā)生器提供，負(fù)載電容CL為15pF。

2. 電氣特性

在不同的電源電壓（5V、3.3V、2.5V）下，ISO7710-Q1具有不同的電氣特性，如高低電平輸出電壓、輸入閾值電壓、輸入電流、共模瞬態(tài)抗擾度等。工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的電源電壓。

3. 絕緣特性

通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間相關(guān)介電擊穿（TDDB）測試方法收集絕緣壽命預(yù)測數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，在1500 VRMS工作電壓下，隔離屏障的固有能力可保證36年的使用壽命，而VDE增強(qiáng)認(rèn)證要求在更高工作電壓下有30年的最小絕緣壽命。

六、總結(jié)

ISO7710-Q1高速數(shù)字隔離器憑借其出色的特性、廣泛的應(yīng)用場景和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，為電子工程師提供了一個(gè)可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要充分考慮其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇封裝、電源和PCB布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，要關(guān)注文檔的更新，及時(shí)獲取最新的產(chǎn)品信息和設(shè)計(jì)建議。你在使用類似隔離器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。