光耦仿真器釋疑：為何要升級光耦合器技術

于是，各種替代方案便開始不斷涌現，比如電容隔離和磁隔離等技術，這些技術提供了比光耦合器更出色的整體性能。自 21 世紀初以來，德州儀器一直在投資開發基于二氧化硅 (SiO2) 的數字隔離技術，并推出了一些數字隔離器產品，這些產品具有與光耦合器相同的功能，并還帶有一些獨特的優勢。

縮小差距：光耦仿真器簡介

德州儀器的光耦仿真器融合了傳統光耦合器的優勢和 TI 基于 SiO2 的隔離技術的優勢。光耦仿真器與業內最常見的光耦合器引腳對引腳兼容，有助于無縫集成到現有設計中，同時提供相同的信號行為。從設計工程師的角度來看，這些產品在外觀和行為上都與光耦合器相似，但采用了 TI 的 SiO2 技術來實現隔離柵。隔離柵能有效地阻止高壓信號并防止接地回路，確保系統的安全性和穩定性，使您能夠充分利用 SiO2 隔離的優勢，包括增強的電氣特性、更出色的高壓可靠性以及集成額外系統功能的潛力。通過開發這類半導體產品，我們的目標是為您提供兩全其美的選擇。

如圖 1 所示，傳統的光耦合器使用 LED 來跨隔離柵傳輸數字或模擬信息，而光晶體管則在另一側檢測信號。眾所周知，光耦合器中使用的 LED 會在其使用壽命內隨時間推移而出現老化或劣化效應。LED 的這一特性給系統設計人員帶來了很大的麻煩。此外，光耦合器中使用的絕緣材料種類繁多，從空氣、環氧樹脂到模塑化合物等。表 1 清楚地展示了光耦合器與采用 SiO2 電介質的光耦仿真器在隔離強度上有何區別。

圖 1：典型的光耦合器結構

表 1：各種絕緣材料的介電強度

光耦仿真器使用 TI 基于 SiO2 的隔離柵來實現信號隔離，可以避免這兩個常見的光耦合器問題。圖 2 展示了光耦仿真器的內部結構，其中發送和接收電路模擬了傳統光耦合器的功能行為，同時 SiO2 提供了高壓隔離。

圖 2：TI 數字隔離器的結構

光耦仿真器的優勢

通過整合先進的隔離技術，光耦仿真器能夠克服與傳統光耦合器相關的限制，實現出色的性能和可靠性。我們來討論一下光耦仿真器的幾個優勢：

●   更低的功耗。傳統的光耦合器需要預先進行超裕度設計，以幫助補償 LED 不可避免的老化效應，因此需要在設計的整個壽命期間提供額外的正向電流 (IF)。TI 的光耦仿真器具有超低的 IF 和電源電流，能夠幫助您節省高達 80% 的功率預算。

●   更高的共模瞬態抗擾度 (CMTI)。數字光耦合器的 CMTI 通常約為 15kV/μs，而 ISOM8710 的最小 CMTI 為 125kV/μs，因此可以在具有超高共模開關噪聲或高振鈴噪聲的應用中使用。

●   穩定且精確的電流傳輸比 (CTR)。不必再為獲得更精確的 CTR 范圍而支付額外費用。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器標配各種在溫度范圍內保持穩定的精確 CTR 范圍。

●   高數據速率。典型的高速光耦合器支持 1Mbps 至 10Mbps 的數據速率，而 ISOM8710 支持 25Mbps 的數據速率。這種支持能夠實現更高的吞吐量，使光耦仿真器能夠在各種高速應用中使用。

●   帶寬。ISOM8110 支持 680kHz 的高帶寬，因此能夠縮小必要磁性元件（電感器和變壓器）的尺寸。高帶寬有助于改善次級側調節反激式轉換器的瞬態響應。而由于瞬態響應得到改善，因此可以縮小輸出電容器的尺寸，從而釋放布板空間并降低整體系統成本，尤其是在高開關頻率的氮化鎵設計中。

●   寬溫度范圍。光耦合器支持的溫度范圍通常為 0°C 至 +85°C。雖然有些光耦合器支持更寬的溫度范圍，但這一特性會增加額外的成本。TI 的光耦仿真器標配支持 –55°C 至 +125°C 的寬工作溫度范圍，并且在 2024 年將提供更多符合汽車標準的器件。

●   可靠隔離。光耦仿真器具有更高的高壓性能，因此非常適合需要可靠隔離的應用。TI 的光耦仿真器采用 SiO2 來實現絕緣柵，可提供 500V/μm 的隔離能力，這遠遠超過市場上許多光耦合器中使用的空氣介質 (1V/μm)。

結語

光耦仿真器代表著信號隔離技術的重大進步，它將熟悉的光耦合器功能與 SiO2 隔離技術的優勢融為一體。借助這些器件，您能夠滿足現代系統的需求，確保性能、可靠性和安全性得到增強。通過充分利用光耦仿真器，您可以優化設計，迎接隔離技術的新時代。