ISO723xx高速三通道數(shù)字隔離器：設(shè)計(jì)與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字隔離器是保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組件。今天我們來(lái)深入探討TI公司的ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M這三款高速三通道數(shù)字隔離器，它們?cè)?a target="_blank">工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)外設(shè)接口等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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一、主要特性

（一）高速信號(hào)傳輸

ISO723xx系列提供25Mbps和150Mbps兩種信號(hào)速率選項(xiàng)，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的需求。同時(shí)，該系列產(chǎn)品具有低通道間輸出偏斜（最大1ns）、低脈沖寬度失真（PWD，最大2ns）和低抖動(dòng)（150Mbps時(shí)典型值1ns）等優(yōu)點(diǎn)，確保了信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

（二）長(zhǎng)壽命與高可靠性

在額定工作電壓下，該系列產(chǎn)品典型壽命可達(dá)25年，為長(zhǎng)期運(yùn)行的系統(tǒng)提供了可靠的保障。此外，產(chǎn)品具備4kV ESD保護(hù)，能夠有效抵御靜電干擾，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。

（三）寬工作電壓與電平轉(zhuǎn)換

ISO723xx可使用3.3V或5V電源供電，支持3.3V和5V電平轉(zhuǎn)換，方便與不同電壓等級(jí)的電路進(jìn)行接口。這種靈活性使得該系列產(chǎn)品在各種電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

（四）高電磁兼容性

產(chǎn)品具有高電磁抗擾度，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作，減少了電磁干擾對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。其工作溫度范圍?-40°C至125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

（五）安全認(rèn)證

該系列產(chǎn)品符合多項(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)劃以及IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1認(rèn)證等，為系統(tǒng)的安全性提供了有力保障。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）工廠自動(dòng)化

在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，ISO723xx可用于Modbus、Profibus?、DeviceNet?等數(shù)據(jù)總線，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，防止不同設(shè)備之間的干擾和故障傳播。

（二）計(jì)算機(jī)外設(shè)接口

在計(jì)算機(jī)外設(shè)接口中，該系列產(chǎn)品可用于隔離數(shù)據(jù)信號(hào)，保護(hù)敏感電路免受外部干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）伺服控制接口

在伺服控制接口中，ISO723xx能夠隔離控制信號(hào)和功率信號(hào)，確保控制信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，提高伺服系統(tǒng)的性能。

（四）數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，產(chǎn)品可用于隔離傳感器信號(hào)和采集電路，減少干擾，提高采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

三、產(chǎn)品描述

ISO7230和ISO7231是三通道數(shù)字隔離器，具有多種通道配置和輸出使能功能。這些設(shè)備的邏輯輸入和輸出緩沖器由TI的二氧化硅（SiO?）隔離屏障分隔，結(jié)合隔離電源使用時(shí)，能夠阻擋高電壓、隔離接地，并防止數(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。

四、產(chǎn)品對(duì)比

從表格中可以看出，不同型號(hào)的產(chǎn)品在信號(hào)速率、輸入閾值和通道配置等方面存在差異，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的產(chǎn)品。

五、引腳配置與功能

ISO7230和ISO7231采用16引腳的DW（SOIC）封裝，不同引腳具有不同的功能，如輸入、輸出、使能、電源和接地等。具體引腳功能如下表所示：

在實(shí)際應(yīng)用中，正確連接引腳是確保產(chǎn)品正常工作的關(guān)鍵。

六、規(guī)格參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

產(chǎn)品的絕對(duì)最大額定值規(guī)定了設(shè)備在正常工作時(shí)所能承受的最大電壓、電流和溫度等參數(shù)。例如，電源電壓（V CC1、V CC2）的范圍為 -0.5V至6V，輸入和輸出引腳的電壓范圍為 -0.5V至V CC + 0.5V（最大不超過(guò)6V）等。超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守。

（二）ESD額定值

產(chǎn)品具有良好的ESD保護(hù)能力，人體模型（HBM）下的ESD額定值為±4000V，帶電設(shè)備模型（CDM）下的ESD額定值為±1000V。這使得產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中能夠更好地抵御靜電干擾。

（三）熱信息

了解產(chǎn)品的熱信息對(duì)于確保設(shè)備在正常溫度范圍內(nèi)工作至關(guān)重要。ISO723xx的熱阻參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境熱阻（R θJA）、結(jié)到外殼（頂部）熱阻（R θJC(top)）、結(jié)到電路板熱阻（R θJB）等。例如，在DW（SOIC）16引腳封裝中，R θJA為168°C/W。

（四）推薦工作條件

為了確保產(chǎn)品的性能和可靠性，建議在推薦工作條件下使用。例如，電源電壓（V CC1、V CC2）的范圍為3.15V至5.5V，輸入脈沖寬度和信號(hào)速率等參數(shù)也有相應(yīng)的要求。在不同的型號(hào)中，這些參數(shù)可能會(huì)有所不同，工程師需要根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行選擇。

（五）功率額定值

在特定的工作條件下，產(chǎn)品的功率消耗是一個(gè)重要的參數(shù)。例如，在V CC1 = V CC2 = 5.5V、TJ = 150°C、C L = 15pF、輸入為50%占空比、25Mbps方波的條件下，ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M的設(shè)備功率耗散為220mW。

（六）絕緣規(guī)格

產(chǎn)品的絕緣規(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。這些參數(shù)對(duì)于確保產(chǎn)品的電氣絕緣性能至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)電路板時(shí)需要特別注意。

（七）安全相關(guān)認(rèn)證

ISO723xx符合多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如VDE、CSA和UL等認(rèn)證。這些認(rèn)證表明產(chǎn)品在安全性能方面符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)的安全性提供了保障。

（八）安全限制值

安全限制值旨在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。例如，安全輸入、輸出或電源電流（I S）和安全溫度（T S）等參數(shù)都有相應(yīng)的限制。

（九）電氣特性

產(chǎn)品的電氣特性包括電源電流、睡眠模式輸出電流、高低電平輸出電壓、輸入電壓滯后、輸入電容和共模瞬態(tài)抗擾度等。這些特性在不同的電源電壓下可能會(huì)有所不同，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。

（十）開(kāi)關(guān)特性

開(kāi)關(guān)特性包括傳播延遲、脈沖寬度失真、通道間輸出偏斜、輸出信號(hào)上升和下降時(shí)間等。這些特性對(duì)于確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸至關(guān)重要，在高速信號(hào)傳輸應(yīng)用中需要特別關(guān)注。

七、參數(shù)測(cè)量信息

文檔中提供了各種參數(shù)的測(cè)量信息，包括測(cè)試電路和電壓波形等。例如，在測(cè)量開(kāi)關(guān)特性時(shí)，需要使用特定的輸入脈沖發(fā)生器和負(fù)載電容等。了解這些測(cè)量信息有助于工程師準(zhǔn)確地測(cè)試和驗(yàn)證產(chǎn)品的性能。

八、詳細(xì)描述

（一）概述

ISO723x系列設(shè)備通過(guò)基于二氧化硅的隔離屏障傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。設(shè)備的數(shù)字輸入信號(hào)（IN）由發(fā)射器采樣，在每個(gè)數(shù)據(jù)邊沿，發(fā)射器將相應(yīng)的差分信號(hào)發(fā)送到隔離屏障另一側(cè)。當(dāng)輸入信號(hào)靜止時(shí)，刷新邏輯會(huì)定期發(fā)送必要的差分信號(hào)。接收器將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，并通過(guò)緩沖器輸出到OUT引腳。如果接收器未接收到數(shù)據(jù)或刷新信號(hào)，超時(shí)邏輯會(huì)檢測(cè)到輸入側(cè)信號(hào)或電源丟失，并將輸出驅(qū)動(dòng)到默認(rèn)電平。

（二）功能框圖

產(chǎn)品的功能框圖展示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射器、接收器、刷新邏輯和超時(shí)邏輯等。通過(guò)理解功能框圖，工程師可以更好地了解產(chǎn)品的工作原理。

（三）特性描述

ISO723x系列產(chǎn)品具有多種通道配置和默認(rèn)輸出狀態(tài)選項(xiàng)，以滿足不同的應(yīng)用需求。例如，ISO7240CF、ISO7241C和ISO7242C等型號(hào)具有不同的通道配置和輸入閾值。

（四）設(shè)備功能模式

文檔中列出了ISO7231C - Q1的功能模式表，展示了不同輸入和輸出條件下的輸出狀態(tài)。了解這些功能模式有助于工程師正確地使用產(chǎn)品。

九、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

（一）應(yīng)用信息

ISO723x采用單端TTL或CMOS邏輯開(kāi)關(guān)技術(shù)，電源電壓范圍為3.15V至5.5V。在設(shè)計(jì)數(shù)字隔離器時(shí)，需要注意由于其單端設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，數(shù)字隔離器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(hào)線。隔離器通常放置在數(shù)據(jù)控制器（如μC或UART）和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或線路收發(fā)器之間。

（二）典型應(yīng)用

以ISO7231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，可以創(chuàng)建一個(gè)隔離的RS - 485系統(tǒng)。這種應(yīng)用展示了產(chǎn)品在實(shí)際系統(tǒng)中的使用方法。

（三）電源供應(yīng)建議

為了確保產(chǎn)品在所有數(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0.1μF的旁路電容，并將電容盡可能靠近電源引腳放置。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（如德州儀器的SN6501）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

（四）布局

在PCB設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)低EMI設(shè)計(jì)，建議使用至少四層電路板，層疊順序?yàn)楦咚傩盘?hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。高速信號(hào)應(yīng)在頂層布線，以避免使用過(guò)孔和引入電感。接地層應(yīng)緊鄰高速信號(hào)層，以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。電源層應(yīng)緊鄰接地層，以增加高頻旁路電容。低頻控制信號(hào)可以在底層布線，以提供更大的靈活性。

十、設(shè)備與文檔支持

（一）文檔支持

德州儀器提供了相關(guān)的文檔，如隔離詞匯表、如何使用隔離提高工業(yè)系統(tǒng)的ESD、EFT和浪涌抗擾度等應(yīng)用筆記，以及數(shù)字隔離器設(shè)計(jì)指南等。這些文檔可以幫助工程師更好地了解和使用產(chǎn)品。

（二）接收文檔更新通知

工程師可以通過(guò)導(dǎo)航到設(shè)備產(chǎn)品文件夾并點(diǎn)擊“Notifications”來(lái)注冊(cè)接收文檔更新通知，以便及時(shí)了解產(chǎn)品信息的變化。

（三）支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、驗(yàn)證答案和設(shè)計(jì)幫助的重要來(lái)源。工程師可以在論壇上搜索現(xiàn)有答案或提出自己的問(wèn)題，以獲得所需的設(shè)計(jì)幫助。

（四）商標(biāo)說(shuō)明

文檔中對(duì)相關(guān)商標(biāo)進(jìn)行了說(shuō)明，如Profibus?、DeviceNet?和TI E2E?等商標(biāo)的歸屬。

（五）靜電放電注意事項(xiàng)

由于該集成電路可能會(huì)受到ESD損壞，德州儀器建議在處理所有集成電路時(shí)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，以避免因ESD損壞導(dǎo)致的性能下降或設(shè)備故障。

（六）術(shù)語(yǔ)表

文檔中提供了TI術(shù)語(yǔ)表，解釋了相關(guān)的術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義，有助于工程師更好地理解文檔內(nèi)容。

十一、修訂歷史

文檔記錄了產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)的修訂歷史，包括從不同版本到當(dāng)前版本的更改內(nèi)容，如修正錯(cuò)別字、更新認(rèn)證信息、調(diào)整表格和圖形編號(hào)格式等。了解修訂歷史可以幫助工程師了解產(chǎn)品的發(fā)展和改進(jìn)過(guò)程。

十二、機(jī)械、封裝和可訂購(gòu)信息

文檔提供了產(chǎn)品的機(jī)械、封裝和可訂購(gòu)信息，包括不同型號(hào)的封裝類型、引腳數(shù)量、工作溫度范圍、物料類型、可訂購(gòu)的零件編號(hào)、狀態(tài)、RoHS值、引腳鍍層/球材料、MSL評(píng)級(jí)/峰值回流溫度和零件標(biāo)記等。此外，還提供了磁帶和卷軸信息、磁帶和卷軸盒尺寸、通用封裝視圖、封裝輪廓、示例電路板布局和示例模板設(shè)計(jì)等詳細(xì)信息。

綜上所述，ISO723xx系列高速三通道數(shù)字隔離器具有多種優(yōu)秀的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的產(chǎn)品，并嚴(yán)格按照規(guī)格參數(shù)和設(shè)計(jì)建議進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，充分利用德州儀器提供的文檔和支持資源，可以幫助工程師更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。你在使用這些數(shù)字隔離器的過(guò)程中遇到過(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。