ISO7520C和ISO7521C數(shù)字隔離器：技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，隔離器是保障系統(tǒng)安全和信號(hào)穩(wěn)定傳輸?shù)年P(guān)鍵元件。今天就來(lái)詳細(xì)聊聊ISO7520C和ISO7521C這兩款低功耗5 (kV_{RMS})雙通道數(shù)字隔離器，它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品特性

高性能信號(hào)傳輸

ISO7520C和ISO7521C具備高達(dá)1 Mbps的最高信號(hào)速率，傳播延遲小于20 ns，能夠快速準(zhǔn)確地傳輸信號(hào)。這對(duì)于需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，比如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線中的數(shù)據(jù)通信。

低功耗與寬溫工作

這兩款隔離器功耗較低，并且可以在–40°C至105°C的寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常工作。這使得它們適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，不用擔(dān)心溫度變化對(duì)性能的影響。

高瞬態(tài)抗擾度

典型的50 kV/μs瞬態(tài)抗擾度，能夠有效抵抗瞬間的電壓干擾，保證信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。在復(fù)雜的工業(yè)電磁環(huán)境中，這種抗干擾能力是必不可少的。

多電源與電平轉(zhuǎn)換支持

可以從3.3 - V或5 - V電源和邏輯電平進(jìn)行操作，還支持3.3 - V和5.0 - V的電平轉(zhuǎn)換。這為不同電源系統(tǒng)和電平需求的設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性。

安全認(rèn)證齊全

通過(guò)了多項(xiàng)安全和法規(guī)認(rèn)證，如6000 V (PK)隔離（DIN V VDE V 0884 - 10和DIN EN 61010 - 1）、4243 (V{RMS})隔離1分鐘（UL 1577、CSA Component Acceptance Notice 5A等標(biāo)準(zhǔn)）、TUV 5000 (V{RMS})隔離（EN 60950 - 1和EN 61010 - 1）以及CQC認(rèn)證（GB4943.1 - 2011）。這些認(rèn)證確保了產(chǎn)品在安全性能上達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，可放心應(yīng)用于對(duì)安全要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線替代光耦

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線中，如ProfiBuses、ModBuses、DeviceNet?數(shù)據(jù)總線等，ISO7520C和ISO7521C可以替代傳統(tǒng)的光耦。相比光耦，它們具有更高的性能和更低的功耗，能夠提高系統(tǒng)的整體性能。

伺服控制與電機(jī)控制

在伺服控制接口和電機(jī)控制中，隔離器可以防止噪聲電流進(jìn)入本地接地，保護(hù)敏感電路。ISO7520C和ISO7521C的高抗干擾能力和快速響應(yīng)特性，能夠滿足這些應(yīng)用對(duì)信號(hào)傳輸?shù)囊蟆?/p>

電源與電池組

在電源和電池組應(yīng)用中，它們可以提供電氣隔離，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

三、產(chǎn)品描述

ISO7520C和ISO7521C提供高達(dá)4243 (V{RMS})（UL標(biāo)準(zhǔn)1分鐘）和6000 (V{PK})（VDE標(biāo)準(zhǔn)）的電流隔離。同時(shí)，根據(jù)終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)IEC 60950 - 1、IEC 61010 - 1和IEC 60601 - 1，這些設(shè)備還獲得了5000 (V{RMS})加強(qiáng)絕緣認(rèn)證。 這兩款數(shù)字隔離器有兩個(gè)隔離通道，ISO7520C為單向通道配置，ISO7521C為雙向通道配置。每個(gè)隔離通道都有一個(gè)邏輯輸入和輸出緩沖器，由氧化硅（(SiO{2})）絕緣屏障隔開(kāi)。與隔離電源配合使用時(shí)，能夠防止數(shù)據(jù)總線上的噪聲電流進(jìn)入本地接地，避免干擾或損壞敏感電路。 需要注意的是，ISO7520C和ISO7521C的信號(hào)速率最高可達(dá)1 Mbps，但由于其響應(yīng)速度快，也能傳輸脈沖寬度更短的更快數(shù)據(jù)。如果需要，設(shè)計(jì)師必須添加外部濾波來(lái)去除輸入脈沖持續(xù)時(shí)間小于20 ns的雜散信號(hào)。

四、規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓（(V{CC1})和(V{CC2})）范圍為–0.5至6 V，輸入輸出電壓（(V{I})）范圍為–0.5至(V{CC}) + 0.5 V（最大不超過(guò)6 V），輸出電流（(I{O})）范圍為–15至15 mA，最大結(jié)溫（(T{J})）為150°C，存儲(chǔ)溫度（(T_{stg})）范圍為–65至150°C。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

ESD額定值

人體模型（HBM）為±4000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±1000 V，機(jī)器模型（MM）為±200 V。在使用和處理這些設(shè)備時(shí)，要注意靜電防護(hù)，避免靜電對(duì)設(shè)備造成損壞。

推薦工作條件

電源電壓在3.15 - 3.45 V（3.3 - V操作）和4.75 - 5.25 V（5 - V操作）之間，環(huán)境溫度范圍為–40至105°C，結(jié)溫范圍為–40至136°C，信號(hào)速率最高為1 Mbps等。在設(shè)計(jì)時(shí)，要確保設(shè)備在推薦工作條件下運(yùn)行，以保證其性能和可靠性。

電氣特性

不同電源電壓組合下（如(V{CC1})和(V{CC2})都為5 V ± 5%、(V{CC1})為5 V ± 5%，(V{CC2})為3.3 V ± 5%等），對(duì)高電平輸出電壓（(V{OH})）、低電平輸出電壓（(V{OL})）、輸入閾值電壓滯后（(V{I(HYS)})）、高電平輸入電流（(I{IH})）、低電平輸入電流（(I_{IL})）、共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）等參數(shù)都有詳細(xì)的規(guī)定。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要參考依據(jù)。

開(kāi)關(guān)特性

包括傳播延遲時(shí)間（(t{PLH})和(t{PHL})）、脈沖寬度失真（PWD）、部件間偏斜時(shí)間（(t{sk(pp)})）、通道間輸出偏斜時(shí)間（(t{sk(o)})）、輸出信號(hào)上升時(shí)間（(t{r})）、輸出信號(hào)下降時(shí)間（(t{f})）和故障安全輸出延遲時(shí)間（(t_{fs})）等。這些特性對(duì)于評(píng)估隔離器在高速信號(hào)傳輸中的性能非常重要。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

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})）處放置一個(gè)0.1 - μF的旁路電容器，并且電容器要盡可能靠近電源引腳。如果應(yīng)用中只有一個(gè)初級(jí)側(cè)電源可用，可以借助變壓器驅(qū)動(dòng)器（如德州儀器的SN6501）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

PCB布局

1. 層數(shù)要求：實(shí)現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計(jì)至少需要四層，層堆疊順序應(yīng)為高速信號(hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。
2. 高速信號(hào)布線：將高速走線布置在頂層，避免使用過(guò)孔，以減少電感的引入，確保隔離器與數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)送和接收電路之間的互連清晰。
3. 接地層和電源層：在高速信號(hào)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。將電源層與接地層相鄰放置，可創(chuàng)建約(100 pF / in^{2})的額外高頻旁路電容。
4. 低速信號(hào)布線：將低速控制信號(hào)布線在底層，因?yàn)檫@些信號(hào)鏈路通常有一定的容差，可以容忍過(guò)孔等不連續(xù)性。
5. PCB材料：對(duì)于工作速率低于150 Mbps（或上升和下降時(shí)間高于1 ns）且走線長(zhǎng)度不超過(guò)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、較少的吸濕性、較高的強(qiáng)度和剛度以及自熄性等優(yōu)點(diǎn)。

ISO7520C和ISO7521C數(shù)字隔離器憑借其高性能、低功耗、高安全性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在電子設(shè)計(jì)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇參數(shù)，注意電源供應(yīng)和PCB布局等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮它們的性能。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。