ISO773x高速數(shù)字隔離器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程領(lǐng)域，數(shù)字隔離器對(duì)于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性起著至關(guān)重要的作用。今天我們要深入探討的是德州儀器（Texas Instruments）的ISO773x系列高速、強(qiáng)電磁兼容性（EMC）的增強(qiáng)型和基本型三通道數(shù)字隔離器。

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一、ISO773x特性亮點(diǎn)

1. 卓越性能指標(biāo)

• 高速數(shù)據(jù)傳輸：ISO773x具備高達(dá)100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠滿足大多數(shù)高速通信場(chǎng)景的需求。
• 強(qiáng)大隔離能力：擁有堅(jiān)固的隔離屏障，在1500 VRMS工作電壓下預(yù)計(jì)壽命超過(guò)30年，隔離額定值最高可達(dá)5000 VRMS，浪涌能力高達(dá)12.8kV。
• 寬工作范圍：供電范圍為2.25V至5.5V，溫度范圍為 -55°C至 +125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。
• 低功耗設(shè)計(jì)：每通道在1Mbps時(shí)典型功耗僅為1.5mA，有效降低了系統(tǒng)功耗。
• 低傳播延遲：在5V電源下典型傳播延遲為11ns，確保信號(hào)的快速準(zhǔn)確傳輸。

2. 出色電磁兼容性

ISO773x在電磁兼容性方面表現(xiàn)出色，具備系統(tǒng)級(jí)靜電放電（ESD）、電氣快速瞬變（EFT）和浪涌抗擾能力，通過(guò)±8 kV IEC 61000 - 4 - 2接觸放電保護(hù)，同時(shí)輻射發(fā)射較低，減少了對(duì)周?chē)O(shè)備的干擾。

3. 靈活輸出選項(xiàng)

提供默認(rèn)輸出高（ISO773x）和低（ISO773xF）兩種選項(xiàng)，滿足不同應(yīng)用的需求。

4. 豐富封裝形式

有寬體SOIC（DW - 16）和QSOP（DBQ - 16）兩種封裝可供選擇，方便不同的PCB布局設(shè)計(jì)。

5. 安全認(rèn)證齊全

獲得了DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577組件認(rèn)可計(jì)劃、IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1、IEC60601 - 1和GB 4943.1等多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，為產(chǎn)品的安全性提供了可靠保障。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

ISO773x適用于多種工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景，包括工業(yè)自動(dòng)化、電機(jī)控制、電源供應(yīng)、太陽(yáng)能逆變器和醫(yī)療設(shè)備等。在這些應(yīng)用中，數(shù)字隔離器能夠有效隔離不同電路之間的電氣連接，防止噪聲電流干擾或損壞敏感電路，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

三、詳細(xì)產(chǎn)品描述

1. 隔離結(jié)構(gòu)與原理

ISO773x系列設(shè)備采用基于二氧化硅（SiO?）的雙電容絕緣屏障，將邏輯輸入和輸出緩沖器分隔開(kāi)來(lái)。每個(gè)隔離通道通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案來(lái)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，發(fā)射器通過(guò)隔離屏障發(fā)送高頻載波來(lái)表示一個(gè)數(shù)字狀態(tài)，不發(fā)送信號(hào)則表示另一個(gè)數(shù)字狀態(tài)，接收器在進(jìn)行先進(jìn)的信號(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。

2. 通道方向與默認(rèn)輸出

ISO7730的三個(gè)通道方向相同，而ISO7731有兩個(gè)正向通道和一個(gè)反向通道。如果輸入電源或信號(hào)丟失，無(wú)后綴F的設(shè)備默認(rèn)輸出為高，有后綴F的設(shè)備默認(rèn)輸出為低。

3. 使能引腳功能

該系列設(shè)備配備使能引腳（ENx），可用于在多控制器驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中將相應(yīng)輸出置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而降低功耗。

四、引腳配置與功能

ISO7730和ISO7731的引腳配置有所不同，但都包含電源引腳（VCC1、VCC2）、接地引腳（GND1、GND2）、輸入引腳（INA、INB、INC）、輸出引腳（OUTA、OUTB、OUTC）和使能引腳（EN1、EN2）等。具體引腳功能可參考文檔中的引腳功能表。

五、規(guī)格參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

在使用ISO773x時(shí)，需注意其絕對(duì)最大額定值，如電源電壓（VCC1、VCC2）范圍為 -0.5V至6V，輸入、輸出和使能引腳電壓（V）范圍為 -0.5V至VCCX + 0.5V（最大不超過(guò)6V），輸出電流（IO）范圍為 -15mA至15mA等。超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

2. ESD額定值

ISO773x在靜電放電方面表現(xiàn)良好，人體模型（HBM）下所有引腳的ESD額定值為±6000V，帶電設(shè)備模型（CDM）下為±1500V，接觸放電（IEC 61000 - 4 - 2）下隔離屏障的耐受測(cè)試為±8000V。

3. 推薦工作條件

推薦的電源電壓范圍為2.25V至5.5V，不同電源電壓下的輸入輸出電流、電壓閾值等參數(shù)也有所不同。例如，在5V電源下，高電平輸出電壓（VOH）在IOH = -4mA時(shí)典型值為4.8V，低電平輸出電壓（VOL）在IOL = 4mA時(shí)典型值為0.2V。

4. 熱信息與功率額定值

熱信息包括結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼熱阻（RθJC）等，不同封裝的熱阻參數(shù)不同。功率額定值方面，在特定測(cè)試條件下，ISO7730和ISO7731的最大功耗均為160mW。

5. 絕緣規(guī)格

絕緣規(guī)格包括外部間隙（CLR）、外部爬電距離（CPG）、絕緣距離（DTI）、比較跟蹤指數(shù)（CTI）等。不同封裝的絕緣參數(shù)有所差異，如DW - 16封裝的外部間隙和爬電距離均大于8mm，DBQ - 16封裝則大于3.7mm。

6. 安全相關(guān)認(rèn)證

ISO773x獲得了多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的安全認(rèn)證，如VDE、CSA、UL、CQC和TUV等，不同認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備的絕緣電壓、工作電壓等有不同的要求和規(guī)定。

7. 安全限制值

為了最小化輸入或輸出電路故障時(shí)對(duì)隔離屏障的潛在損壞，ISO773x規(guī)定了安全輸入、輸出或電源電流（IS）和安全功率（PS）等參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)隨環(huán)境溫度和電源電壓的變化而變化。

8. 電氣與開(kāi)關(guān)特性

在不同電源電壓（5V、3.3V、2.5V）下，ISO773x的電氣和開(kāi)關(guān)特性有所不同，包括輸入輸出電壓、電流、傳播延遲時(shí)間、脈沖寬度失真等。例如，在5V電源下，傳播延遲時(shí)間（tPLH、tPHL）典型值為11ns至17ns。

六、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用電路

以ISO7731為例，結(jié)合德州儀器的混合信號(hào)微控制器、RS - 485收發(fā)器、變壓器驅(qū)動(dòng)器和電壓調(diào)節(jié)器，可以構(gòu)建一個(gè)隔離的RS - 485系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需注意電源電壓范圍為2.25V至5.5V，在VCC1和GND1、VCC2和GND2之間分別連接0.1μF的去耦電容。

2. 絕緣壽命

通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間相關(guān)介電擊穿（TDDB）測(cè)試方法收集絕緣壽命預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。在規(guī)定的工作隔離電壓下，預(yù)期最小絕緣壽命為20年，但VDE增強(qiáng)認(rèn)證要求工作電壓有20%的安全裕量，壽命有50%的安全裕量，即最低要求絕緣壽命為30年。

3. 電源供應(yīng)建議

為了確保設(shè)備在不同數(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）處連接0.1μF的旁路電容，并盡量靠近電源引腳放置。如果應(yīng)用中只有單個(gè)初級(jí)側(cè)電源可用，可以使用變壓器驅(qū)動(dòng)器（如SN6501或SN6505A）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

4. PCB布局指南

為了實(shí)現(xiàn)低電磁干擾（EMI）的PCB設(shè)計(jì)，建議采用至少四層的PCB布局，層疊順序?yàn)楦咚傩盘?hào)層、接地平面、電源平面和低頻信號(hào)層。高速信號(hào)走線應(yīng)盡量避免使用過(guò)孔，接地平面和電源平面的合理放置可以提供低電感路徑和高頻旁路電容。對(duì)于數(shù)字電路工作頻率低于150Mbps且走線長(zhǎng)度不超過(guò)10英寸的情況，建議使用標(biāo)準(zhǔn)FR - 4 UL94V - 0印刷電路板。

七、總結(jié)

ISO773x系列高速數(shù)字隔離器以其卓越的性能、出色的電磁兼容性、豐富的安全認(rèn)證和靈活的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，為工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可靠的隔離解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇設(shè)備型號(hào)、封裝形式，并嚴(yán)格遵循推薦的工作條件和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。你在使用ISO773x或其他數(shù)字隔離器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。