ISO7820x：高性能雙通道數(shù)字隔離器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，隔離器是保障系統(tǒng)安全與穩(wěn)定運(yùn)行的重要組件。今天，我們來深入探討一下TI的ISO7820x系列高性能、8000V（ (8000 ~V_{PK}) ）強(qiáng)化雙通道數(shù)字隔離器，看看它有哪些出色的特性和應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 高速與寬范圍兼容性

ISO7820x的信號傳輸速率高達(dá)100Mbps，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。同時(shí)，它擁有2.25V至5.5V的寬電源范圍，還能實(shí)現(xiàn)2.25V至5.5V的電平轉(zhuǎn)換，這使得它在不同電源電壓的系統(tǒng)中都能靈活應(yīng)用，大大提高了設(shè)計(jì)的兼容性。

2. 寬溫度范圍與低功耗

該隔離器可在–55°C至125°C的寬溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。而且功耗極低，在1Mbps速率下，典型每通道僅1.7mA，這對于對功耗敏感的應(yīng)用來說是非常關(guān)鍵的優(yōu)勢。

3. 低延遲與高CMTI性能

其傳播延遲極低，在5V電源下典型值僅為11ns，能夠有效減少信號傳輸?shù)难舆t。同時(shí)，行業(yè)領(lǐng)先的CMTI（共模瞬態(tài)抗擾度）最小值達(dá)到±100kV/μs，這意味著它在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下也能穩(wěn)定工作，確保信號的準(zhǔn)確傳輸。

4. 高電磁兼容性與長壽命

ISO7820x具有強(qiáng)大的電磁兼容性（EMC），具備系統(tǒng)級的ESD、EFT和浪涌抗擾能力，且輻射極低。其隔離屏障壽命超過25年，為系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

5. 豐富的封裝與安全認(rèn)證

提供SOIC - 16寬體（DW）和超寬體（DWW）兩種封裝選項(xiàng)，方便不同的PCB布局需求。并且獲得了多項(xiàng)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(jì)劃、IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1、IEC 60601 - 1和GB 4943.1等，滿足各種安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

ISO7820x的應(yīng)用場景十分豐富，包括工業(yè)自動(dòng)化、電機(jī)控制、電源供應(yīng)、太陽能逆變器、醫(yī)療設(shè)備、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等。在這些領(lǐng)域中，它能夠有效隔離噪聲電流，保護(hù)敏感電路，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

三、詳細(xì)產(chǎn)品描述

1. 工作原理

ISO7820采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過二氧化硅（ (SiO_{2}) ）絕緣屏障傳輸數(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。同時(shí)，該器件還采用了先進(jìn)的電路技術(shù)，以最大化CMTI性能并最小化高頻載波和IO緩沖切換產(chǎn)生的輻射發(fā)射。

2. 通道配置與默認(rèn)輸出

ISO7820有兩種通道配置和默認(rèn)輸出狀態(tài)選項(xiàng)。ISO7820有兩個(gè)正向通道，無反向通道，默認(rèn)輸出為高；ISO7820F同樣是兩個(gè)正向通道，無反向通道，但默認(rèn)輸出為低。這種多樣化的配置可以滿足不同應(yīng)用的需求。

3. 功能模式

該隔離器具有多種功能模式，如正常運(yùn)行模式、默認(rèn)模式和高阻模式等。在不同的電源和輸入狀態(tài)下，輸出會呈現(xiàn)相應(yīng)的邏輯狀態(tài)。例如，當(dāng)輸入電源或信號丟失時(shí)，ISO7820的默認(rèn)輸出為高，而ISO7820F為低。

四、規(guī)格參數(shù)詳解

1. 絕對最大額定值

包括電源電壓、輸入輸出電壓、輸出電流、浪涌抗擾度和存儲溫度等參數(shù)的極限值。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，否則可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

2. ESD額定值

該系列隔離器在人體模型（HBM）下，所有引腳的靜電放電額定值為±6000V；在帶電設(shè)備模型（CDM）下，所有引腳為±1500V，這表明它具有較好的靜電防護(hù)能力。

3. 推薦工作條件

包括電源電壓、輸出電流、輸入電壓、信號速率、結(jié)溫和環(huán)境溫度等推薦值。在這些條件下使用，能夠確保器件的最佳性能和可靠性。

4. 熱信息

提供了不同封裝形式下的熱阻和熱特性參數(shù)，如結(jié)到環(huán)境的熱阻、結(jié)到外殼的熱阻等。這些參數(shù)對于散熱設(shè)計(jì)非常重要，能夠幫助工程師合理設(shè)計(jì)散熱方案，確保器件在正常溫度范圍內(nèi)工作。

5. 絕緣規(guī)格

涵蓋了外部爬電距離、電氣間隙、絕緣距離、比較跟蹤指數(shù)、最大重復(fù)峰值隔離電壓、最大隔離工作電壓等多項(xiàng)絕緣相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)直接關(guān)系到隔離器的絕緣性能和電氣安全，是設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

6. 電氣特性

在不同的電源電壓（5V、3.3V、2.5V）下，詳細(xì)列出了高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸入閾值電壓滯回、共模瞬態(tài)抗擾度、電源電流等電氣參數(shù)。這些參數(shù)有助于工程師在不同電源條件下評估隔離器的性能。

7. 開關(guān)特性

同樣在不同電源電壓下，給出了傳播延遲時(shí)間、脈沖寬度失真、通道間輸出偏斜時(shí)間、器件間偏斜時(shí)間、輸出信號上升時(shí)間和下降時(shí)間等開關(guān)特性參數(shù)。這些參數(shù)對于高速信號傳輸設(shè)計(jì)至關(guān)重要，能夠影響信號的完整性和時(shí)序準(zhǔn)確性。

五、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

1. 引腳配置與功能

詳細(xì)介紹了引腳的功能和配置，不同封裝形式下的引腳定義有所不同。例如，DWW封裝有使能引腳（EN2），可用于將相應(yīng)輸出置于高阻態(tài)，適用于多控制器驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，同時(shí)還能降低功耗。了解引腳配置是正確使用隔離器的基礎(chǔ)。

2. 應(yīng)用信息

在設(shè)計(jì)數(shù)字隔離器時(shí)，需要注意其單端設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，它不遵循任何特定的接口標(biāo)準(zhǔn)，僅用于隔離單端CMOS或TTL數(shù)字信號線。通常，隔離器會放置在數(shù)據(jù)控制器（如μC或UART）與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或線路收發(fā)器之間。

3. 典型應(yīng)用

以開關(guān)模式電源（SMPS）中使用ISO7820F隔離功率MOSFET和敏感邏輯電路為例，介紹了典型應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求和詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意電源電壓范圍為2.25V至5.5V，在 (V{CC1}) 和GND1、 (V{CC2}) 和GND2之間分別使用0.1 μF的去耦電容。與光耦不同，ISO7820只需兩個(gè)外部旁路電容即可工作。

4. 電磁兼容性考慮

在惡劣工業(yè)環(huán)境中，許多應(yīng)用對靜電放電（ESD）、電氣快速瞬變（EFT）、浪涌和電磁輻射等干擾敏感。ISO7820在芯片級設(shè)計(jì)上進(jìn)行了許多改進(jìn)，以提高整體系統(tǒng)的魯棒性。例如，對輸入和輸出信號引腳以及芯片間鍵合焊盤提供強(qiáng)大的ESD保護(hù)；降低ESD單元與電源和接地引腳的連接電阻；增強(qiáng)高壓隔離電容的性能，以更好地耐受ESD、EFT和浪涌事件等。

5. 電源供應(yīng)建議

為了確保在所有數(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（ (V{CC1}) 和 (V{CC2}) ）處使用0.1 μF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(dòng)器（如TI的SN6501）為次級側(cè)生成隔離電源。

6. PCB布局要點(diǎn)

• PCB材料：對于工作頻率低于150Mbps（或上升和下降時(shí)間高于1ns）、走線長度可達(dá)10英寸的數(shù)字電路板，建議使用標(biāo)準(zhǔn)FR - 4環(huán)氧玻璃作為PCB材料。它具有較低的高頻介電損耗、較小的吸濕性、較高的強(qiáng)度和剛度，以及自熄性等優(yōu)點(diǎn)。
• 布局準(zhǔn)則：為實(shí)現(xiàn)低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。高速走線應(yīng)布置在頂層，避免使用過孔，以減少電感引入；接地層應(yīng)緊鄰高速信號層，為傳輸線互連提供可控阻抗和低電感回流路徑；電源層緊鄰接地層可增加高頻旁路電容；低速控制信號可布置在底層，以提高布線的靈活性。

六、總結(jié)

ISO7820x系列高性能雙通道數(shù)字隔離器憑借其高速、低功耗、高電磁兼容性、寬溫度范圍、豐富的封裝選項(xiàng)和多項(xiàng)安全認(rèn)證等優(yōu)勢，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出色。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮其特性和規(guī)格參數(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，以確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高性能運(yùn)行。大家在使用ISO7820x的過程中遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評論區(qū)分享交流。