新型數字電容隔離器提升了高性能標準

—— New digital, capacitive isolators raise the bar in high-performance

作者：Thomas Kugelstadt 德州儀器 (TI) 高級應用工程師時間：2011-02-21 來源：電子產品世界

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盡管數字隔離器已經代替了模擬隔離器，從而簡化了隔離接口的設計，但廣大設計人員現在面臨的挑戰是日益增長的高系統性能需求。這里所說的高性能不僅僅指高數據速率和/或低功耗，而且還指高可靠性。一方面，在惡劣的工業環境中通過穩健的數據傳輸來滿足這一需求。另一方面，特別是對隔離器而言，通過長使用壽命來解決這個問題。最近在芯片設計和制造方面的技術進步已經成就了第二代數字電容隔離器，其高性能給低功耗和高可靠性定義了新的標準。

　　功能原理

本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/117023.htm

　　圖1顯示了一款數字電容隔離器 (DCI) 的內部結構圖。該隔離器輸入分為兩個差分信號路徑：一條為高數據速率通道(稱作 AC-通道)，另一條為低數據速率通道(稱作 DC-通道)。AC-通道傳輸介于 100 kbps 和 100 Mbps 之間的信號，而DC-通道則涵蓋了從 100 kbps 到 DC 的范圍。

　　高速信號由 AC 通道來處理，信號在通道中首先從單端模式轉換為差分模式，然后被隔離層的電容-電阻網絡差分為許多瞬態。后面的比較器再將這些瞬態轉換為差分脈沖，從而設置和重置一個“或非”門觸發器。相當于原始輸入信號的觸發器輸出饋至判定邏輯 (DCL) 和輸出多路復用器。DCL 包括一個看門狗定時器，該定時器用于測量信號轉換之間的持續時間。如果兩個連續轉換之間的持續時間超出定時窗口(如低頻信號的情況下)，則 DCL 則指示輸出多路復用器從 AC-通道切換到 DC-通道。

　　由于低頻信號要求大容量電容器，而這種電容器使片上集成變得很困難，因此DC-通道的輸入要有脈寬調制器 (PWM)。該調制器利用一個內部振蕩器 (OSC) 的高頻載波對低頻輸入信號進行調制。在 AC-通道中對調制后信號的處理過程與高頻信號相同。然而，在向輸出多路復用器提交該信號以前，需通過一個最終低通濾波器 (LPF) 濾除高頻 PWM 載波，以恢復原始、低頻輸入信號。

　　相比其他隔離器技術，電容隔離器的一個主要優點是其 DC-通道在上電和信號丟失 (LOS) 事件期間隔離器輸出端擁有正確的輸入極性。缺少這些特性的其他隔離器技術通常會在上電期間出現輸出突波，或者在信號丟失以前一直保持在最后一個輸入極性。