德州儀器ISO724x系列：高速四通道數(shù)字隔離器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，數(shù)字隔離器起著關(guān)鍵作用，它能有效阻斷高壓，隔離接地，防止噪聲電流干擾敏感電路。今天，我們就來(lái)深入了解德州儀器（TI）推出的ISO724x系列高速四通道數(shù)字隔離器，包括ISO7240CF、ISO7240C、ISO7240M、ISO7241C、ISO7241M、ISO7242C和ISO7242M等型號(hào)。

文件下載：iso7242m.pdf

突出特性，滿足多樣需求

高速率與低畸變

ISO724x系列提供25Mbps和150Mbps兩種信號(hào)速率選項(xiàng)，能適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，它具備出色的電氣性能，通道間的輸出偏斜極低，最大僅為1ns；脈沖寬度失真（PWD）也控制在極小范圍內(nèi)，最大為2ns；在150Mbps速率下，抖動(dòng)含量典型值僅1ns。這些特性使得信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確，大大提高了系統(tǒng)的性能。

可選擇的默認(rèn)輸出

以ISO7240CF為例，它具有可選擇的默認(rèn)輸出功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置。而且，該系列產(chǎn)品在額定工作電壓下的使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，這在長(zhǎng)期使用的設(shè)備中顯得尤為重要，能有效降低維護(hù)成本和更換頻率，為工程師提供了可靠的選擇。

高防護(hù)與寬適應(yīng)

在防護(hù)方面，ISO724x系列具備4kV的ESD保護(hù)，能有效抵御靜電對(duì)設(shè)備的損害。它可以在3.3V或5V電源下正常工作，并且具有高電磁抗擾性，能在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。此外，其工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，即使在極端的溫度條件下，也能保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

安全認(rèn)證齊全

產(chǎn)品還擁有一系列安全相關(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。這意味著在設(shè)計(jì)涉及安全要求的應(yīng)用時(shí)，我們可以更加放心地使用該系列產(chǎn)品。

廣泛應(yīng)用，拓展設(shè)計(jì)邊界

工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域

在工廠自動(dòng)化中，Modbus、Profibus?和DeviceNet?等數(shù)據(jù)總線需要可靠的信號(hào)隔離，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。ISO724x系列數(shù)字隔離器憑借其高速率和低畸變的特性，能夠很好地滿足這些需求，為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供可靠的信號(hào)隔離解決方案。

計(jì)算機(jī)與控制領(lǐng)域

在計(jì)算機(jī)外設(shè)接口和伺服控制接口方面，該系列產(chǎn)品可以有效隔離不同電路之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，它能幫助準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)，避免噪聲干擾對(duì)數(shù)據(jù)的影響。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解析工作原理

ISO7240x、ISO7241x和ISO7242x系列設(shè)備采用了德州儀器的二氧化硅（SiO?）隔離屏障，將邏輯輸入和邏輯輸出緩沖區(qū)分隔開(kāi)來(lái)。結(jié)合隔離電源使用時(shí)，能有效阻斷高壓，隔離接地，防止噪聲電流進(jìn)入本地接地，避免對(duì)敏感電路造成干擾或損壞。

通道配置多樣

ISO7240x系列的四個(gè)通道方向相同，ISO7241x系列有三個(gè)通道方向相同，一個(gè)通道方向相反，而ISO7242x系列則每個(gè)方向各有兩個(gè)通道。這種多樣化的通道配置，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)信號(hào)傳輸方向的需求。

輸入閾值與濾波

帶有C后綴（C選項(xiàng)）的設(shè)備具有TTL輸入閾值，并在輸入處配備了噪聲濾波器，可以防止瞬態(tài)脈沖傳遞到設(shè)備輸出端，提高了信號(hào)的抗干擾能力。而帶有M后綴（M選項(xiàng)）的設(shè)備則具有CMOS (V_{CC} / 2) 輸入閾值，且沒(méi)有輸入噪聲濾波器和額外的傳播延遲，適用于對(duì)信號(hào)傳輸速度要求較高的應(yīng)用。

特殊功能設(shè)計(jì)

ISO7240CF設(shè)備在引腳7上具有輸入禁用功能，通過(guò)引腳10（CTRL）可以選擇高或低故障安全輸出功能。當(dāng)輸入被禁用或 (V_{CC 1}) 斷電時(shí)，輸出狀態(tài)由CTRL引腳設(shè)置，這為系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)提供了更多的保障。

規(guī)格參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐

電氣規(guī)格

在絕對(duì)最大額定值方面，電源電壓 (V{CC}) 范圍為 -0.5V至6V，輸入、輸出引腳的電壓 (V{I}) 最大不超過(guò) (V{CC} + 0.5V) 且不超過(guò)6V，輸出電流 (I{O}) 范圍為 -15mA至15mA，最大結(jié)溫 (T{J}) 為170°C，存儲(chǔ)溫度 (T{stg}) 范圍為 -65°C至150°C。了解這些參數(shù)可以幫助我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，確保設(shè)備在安全的工作范圍內(nèi)運(yùn)行。

推薦工作條件下，電源電壓 (V_{CC}) 范圍為3.15V至5.5V，不同型號(hào)的輸入脈沖寬度和信號(hào)速率有所差異，如ISO724xC的輸入脈沖寬度最小為40ns，信令速率最大為25Mbps；ISO724xM的輸入脈沖寬度最小為6.67ns，信令速率最大為150Mbps。

熱性能與功耗

熱性能方面，不同的封裝形式具有不同的熱阻參數(shù)，如16引腳SOIC封裝的ISO724xx在高K板上的結(jié)到環(huán)境熱阻 (R{θJA}) 為68.6°C/W，結(jié)到外殼（頂部）熱阻 (R{θJC(top)}) 為33.9°C/W等。在功耗方面，當(dāng) (V{CC 1}=V{CC 2}=5.5V)、(T{J}=150°C)、(C{L}=15pF) 且輸入25Mbps方波時(shí)，最大功耗 (P_{D}) 為220mW。

絕緣特性

絕緣規(guī)格是數(shù)字隔離器的重要參數(shù)之一。該系列產(chǎn)品的外部爬電距離和電氣間隙均為8mm，內(nèi)部最小間隙（內(nèi)部電氣間隙）為0.008mm，比較跟蹤指數(shù)（CTI）≥400 II。最大重復(fù)峰值隔離電壓 (V{IORM}) 為560V RMS，最大瞬態(tài)隔離電壓 (V{IOTM}) 為4000V PK，輸入到輸出的隔離電阻在不同溫度下有不同的要求，如在 (V{IO}=500V)、(25°C) 時(shí)大于 (10^{12}Ω)，在 (100°C ≤ T{A} ≤ 125°C) 時(shí)大于 (10^{11}Ω) 等。

應(yīng)用實(shí)例，提供設(shè)計(jì)參考

隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

ISO724xx系列產(chǎn)品可以與德州儀器的精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器和混合信號(hào)微控制器配合使用，構(gòu)建先進(jìn)的隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的光耦合器相比，該系列設(shè)備僅需兩個(gè)外部旁路電容器即可工作，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，旁路電容器應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

隔離SPI接口和RS - 232接口

在隔離SPI接口和RS - 232接口的設(shè)計(jì)中，ISO724xx系列同樣表現(xiàn)出色。以隔離SPI接口為例，它可以與其他德州儀器的組件配合，為具有16個(gè)輸入的模擬輸入模塊創(chuàng)建隔離SPI系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)這些接口時(shí)，需要注意電源供應(yīng)和布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)建議，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果

電源供應(yīng)

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（(V{CC 1}) 和 (V{CC 2})）處添加0.1μF的旁路電容器，并將其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，可借助變壓器驅(qū)動(dòng)器（如德州儀器的SN6501設(shè)備）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

PCB布局

在PCB布局方面，為了實(shí)現(xiàn)低EMI設(shè)計(jì)，建議使用至少四層的PCB板，層疊順序應(yīng)為高速信號(hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。高速信號(hào)走線應(yīng)盡量在頂層進(jìn)行，以避免過(guò)孔引入的電感影響信號(hào)傳輸。接地層應(yīng)靠近高速信號(hào)層，以提供低電感的回流路徑，同時(shí)電源層與接地層相鄰可以增加高頻旁路電容。對(duì)于低速控制信號(hào)，可在底層進(jìn)行布線，以增加布線的靈活性。此外，對(duì)于工作頻率低于150Mbps、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)的FR - 4 UL94V - 0印刷電路板，以獲得更好的性能。

德州儀器的ISO724x系列高速四通道數(shù)字隔離器憑借其出色的性能、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和豐富的安全認(rèn)證，為電子工程師在信號(hào)隔離設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和設(shè)計(jì)要求，充分考慮其特性和參數(shù)，結(jié)合合理的電源供應(yīng)和PCB布局，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在使用數(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)分享交流。