器件隔离升级，放大器内部隔离成趋势

隔离器件的使用在现今的半导体设备中越来越普遍了，既是为了满足安全法规，也为了提高芯片的整体性能。就放大器这一类别来说，传统的隔离技术大多基于光耦合器和分流调节器，而现在一般采用隔离放大器实现器件的内部隔离。

 

TI隔离放大器

 

TI的隔离放大器以低功耗见长，适用于需要以低价格实现高性能和可靠性的电流检测和电压检测应用，能够承受高共模电压以延长高压系统的使用寿命。基础型的隔离放大器特色相对少一些，没有那么出彩，所以直接从增强型的隔离放大器入手更能体会各个厂家在“隔离”上的特点。

 

（图源：TI）

 

AMC330x系列是完全集成的隔离式直流/直流转换器的精密增强型隔离放大器，针对基于分流器的电流测量进行了优化，能够实现器件低侧的单电源运行。这种允许低侧单电源运行的方案，对于空间受限的应用来说正好打在了痛点上。

 

这个系列的增强型电容式隔离栅支持高达1.2kVRMS的工作电压，该隔离栅可将系统中以不同共模电压电平运行的各器件隔开，并保护电压较低的器件免受高电压冲击。不同型号的输入电压范围有所不同，从AMC3302这个新系列来看，±50mV的输入电压范围固定增益为41。整个器件的直流误差极低（以最大值为标准），失调电压在±50µV，温漂±0.5µV/℃，增益误差±0.2%，增益误差漂移±35ppm/℃，非线性度±0.03%。电流测量上所有的参数指标均处于业内一流水平。同时拥有极高的CMTI，95kV/µs。这种工业级别的器件温度覆盖范围也极高，－40℃ 至＋125℃可以应付绝大多数工业场合。

 

而用于电压检测的AMC333x系列和上面这个系列大同小异，同样集成的隔离式直流/直流转换器的精密隔离式放大器能实现器件低侧的单电源运行。不同的是输入针对直接连接高阻抗电压信号源的情况进行了优化用以感应高压信号。电压检测的误差也极低，增益误差同样在±0.2%，漂移在±45ppm/℃，温漂±4µV/℃，CMTI为85kV/µs。用于电压检测的隔离放大器误差同样极低，十分适配噪杂的空间受限应用。

 

ADI隔离放大器

 

ADI旗下独有的iCoupler隔离技术想必大家已经很熟悉了，在瞬态响应上一直是独领风骚的，可以说ADI一直走在数字隔离技术发展的前沿。ADuM4190就是一款基于ADI iCoupler技术的隔离放大器。

 

（图源：ADI）

 

ADuM4190的原边控制器与常用的光耦合器和分流调节器解决方案相比，在瞬态响应、功率密度和稳定性方面均有所提高，因此十分适配线性反馈电源。该器件同样是工业级应用器件，温度范围覆盖－40℃至＋125℃。该器件的初始精度为0.5%，在整个温度范围内有1%的精度。与在高温下具有不确定电流传输比的基于光耦合器不同，ADuM4190的传输功能不随温度而改变。

 

ADuM4190加强型隔离电压额定值5 kV rms，内置宽频带运算放大器，可用于各种常用的电源环路补偿技术中。因为其速度足够快，所以能够对反馈环路快速瞬变条件和过流条件做出反应。

 

Broadcom 隔离放大器

 

Broadcom的隔离放大器是高线性度的光隔离放大器，在电机驱动器和可再生能源换流器等系统中的电流和电压感测中应用很广泛。尤其是ACNT-H87X系列，作为专用于电压检测应用的光隔离放大器在业内很受关注。

 

（图源：Broadcom）

 

这个系列里高精款ACNT-H87B拥有±0.5%的增益误差，是整个系列里最小的增益误差。ACNT-H87B采用单一5V电源工作并有着优异的线性度，有源高电平关断引脚可以把Idd1电流降低到仅有15μA，所以该器件非常适合用于对功耗极敏感的应用。

 

因为使用了光耦隔离，所以共模瞬变抑制能力和上面两种不同的技术流派比起来会低一些，但15 kV/µs的抑制能力在光耦器件中绝对算高了，能提供高噪声环境下精确监测直流母线电压所需的精密度和稳定性。

 

误差要求也很严苛，－35ppm/℃的增益漂移，215µV/℃的电压漂移，0.1%的非线性度。在－40℃ 到＋110℃的工作温度范围内，该器件能保持这个级别的低误差。再加上Sigma-Delta 调制、斩波稳定放大器以及差分输出，Broadcom的隔离放大器能提供极好的隔离模式噪声抑制能力、高增益精密度和稳定性。

 

小结

 

隔离放大器可以消除由接地环路引起的测量误差，还能防止数据采集器件遭受远程传感器带来的潜在破坏性电压影响。这些隔离放大器还可以用在多通道应用中来放大低电平信号。此外，由于不需要附加的隔离电源，带有内部变压器的隔离放大器还能降低电路成本。在这些不可替代的优势下可以预见隔离放大器会越来越多的应用到半导体器件中。