ISO76x1：高性能低功耗數(shù)字隔離器的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字隔離器的性能、功耗和安全性往往是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。TI推出的ISO7631FM、ISO7631FC和ISO7641FC數(shù)字隔離器，憑借其卓越的性能，成為這些應(yīng)用中替代光耦合器的理想選擇。下面，我們將深入剖析ISO76x1數(shù)字隔離器的各項(xiàng)特性。

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一、產(chǎn)品特性

（一）電氣性能

1. 信號(hào)速率與功耗：M-Grade的信號(hào)速率高達(dá)150 Mbps，C-Grade為25 Mbps。在低功耗方面表現(xiàn)出色，以3.3 - V供電為例，ISO7631FM在10 Mbps時(shí)典型 (I{CC}) 為2 mA，ISO7631FC為1.5 mA，ISO7641FC為1.3 mA。C-Grade還具有極低的 (I{CC_disable}) 。這使得在不同速率要求的應(yīng)用中，都能有效降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航。
2. 傳播延遲與故障安全模式：M-Grade典型傳播延遲僅7 ns，能快速響應(yīng)信號(hào)變化。在故障安全模式下，輸出默認(rèn)低狀態(tài)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，避免異常信號(hào)對(duì)系統(tǒng)造成影響。

（二）環(huán)境適應(yīng)性

1. 溫度范圍：工作溫度范圍為 –40°C 到125°C，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，無(wú)論是高溫的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還是低溫的戶外設(shè)備，都能穩(wěn)定工作。
2. 瞬態(tài)抗擾度：具備50 KV/μs的典型瞬態(tài)抗擾度，可有效抵御瞬間高壓干擾，保證信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

（三）隔離與安全特性

1. 隔離屏障：采用 (SiO_{2}) 隔離屏障，壽命長(zhǎng)，能提供可靠的電氣隔離，防止噪聲電流干擾和損壞敏感電路。
2. 安全認(rèn)證：獲得多項(xiàng)安全和法規(guī)認(rèn)證，如 (2500 ~V{RMS}) 隔離1分鐘（UL 1577）、4242 (V{PK}) 基本絕緣（DIN V VDE V 0884 - 10和DIN EN 61010 - 1）等，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的安全要求。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

ISO76x1數(shù)字隔離器可廣泛用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、Profibus、Modbus、DeviceNet?數(shù)據(jù)總線、伺服控制接口、電機(jī)控制、電源供應(yīng)以及電池組等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域通常對(duì)信號(hào)隔離和抗干擾能力有較高要求，而ISO76x1憑借其出色的性能，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供可靠的保障。

三、產(chǎn)品描述

（一）隔離功能與通道配置

ISO7631F和ISO7641F設(shè)備可提供高達(dá)4242 V (PKK) 的電隔離。ISO7631F有三個(gè)通道，兩個(gè)正向通道和一個(gè)反向通道；ISO7641F有四個(gè)通道，三個(gè)正向通道和一個(gè)反向通道。后綴F表示在故障安全條件下輸出默認(rèn)低狀態(tài)。

（二）內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

每個(gè)隔離通道由邏輯輸入和輸出緩沖器通過(guò)二氧化硅（ (SiO_{2}) ）絕緣屏障分隔。與隔離電源配合使用時(shí)，可防止數(shù)據(jù)總線或其他電路上的噪聲電流進(jìn)入本地接地，從而避免干擾或損壞敏感電路。該設(shè)備具有TTL輸入閾值，可在2.7 - V（M - Grade）、3.3 - V和5 - V電源下工作，且所有輸入在3.3 - V或2.7 - V電源供電時(shí)具有5 - V容差。

四、產(chǎn)品規(guī)格

（一）絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓、輸入輸出電壓、輸出電流、最大結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的極限值。使用時(shí)需嚴(yán)格遵守這些額定值，避免對(duì)設(shè)備造成損壞。

（二）ESD額定值

具備一定的靜電放電防護(hù)能力，如人體模型（HBM） ±4000 V、充電設(shè)備模型（CDM） ±1500 V、機(jī)器模型（MM） +200 V。但在存儲(chǔ)和處理時(shí)，仍需采取防靜電措施，防止MOS柵極受到靜電損壞。

（三）推薦工作條件

規(guī)定了電源電壓、輸出電流、輸入電壓、輸入脈沖持續(xù)時(shí)間、信號(hào)速率等參數(shù)的推薦范圍。在這些條件下工作，可確保設(shè)備性能的穩(wěn)定性和可靠性。

（四）電氣特性

在不同電源電壓組合下，詳細(xì)給出了高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸入閾值電壓滯后、輸入電流、共模瞬態(tài)抗擾度等參數(shù)的最小值、典型值和最大值。這些特性數(shù)據(jù)為電路設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

（五）開(kāi)關(guān)特性

包括傳播延遲時(shí)間、脈沖寬度失真、通道間輸出偏斜時(shí)間、部件間偏斜時(shí)間、輸出信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間、禁用和啟用傳播延遲時(shí)間、故障安全輸出延遲時(shí)間等。這些特性對(duì)于高速信號(hào)傳輸和同步至關(guān)重要。

五、設(shè)計(jì)建議

（一）電源供應(yīng)

為確保在所有數(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{CC 1}) 和 (V{CC 2}) ）添加0.1 - μF旁路電容，并盡量靠近電源引腳放置。若只有一個(gè)初級(jí)側(cè)電源，可使用德州儀器的SN6501等變壓器驅(qū)動(dòng)器為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

（二）PCB布局

1. 層數(shù)與層疊順序：為實(shí)現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計(jì)，建議至少采用四層板，層疊順序?yàn)楦咚傩盘?hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。
2. 布線原則：高速走線應(yīng)布置在頂層，避免使用過(guò)孔，以減少電感引入；接地層緊鄰高速信號(hào)層，可建立傳輸線互連的受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑；電源層緊鄰接地層，可增加約 (100 pF / in^{2}) 的高頻旁路電容；低速控制信號(hào)可布置在底層，以增加布線靈活性。

六、總結(jié)

ISO7631FM、ISO7631FC和ISO7641FC數(shù)字隔離器以其高速率、低功耗、寬溫度范圍、高抗擾度和可靠的隔離性能，為工業(yè)和其他領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)隔離提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格遵循產(chǎn)品規(guī)格和設(shè)計(jì)建議，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化，你在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。