用于高噪声抑制和超低功耗的数字光耦合器

简介
ACPL-x6x和ACNW261L提供了显著的功率效率改进——电气系统设计者的一个关键设计参数。这些新的光耦合器比目前的标准光耦合器低90%，比其他光隔离器低40%光耦合器提供高压绝缘和噪声抑制——在电气系统中信息从一个电压电位传输到另一个的两个基本要求。电气设备，特别是在工业应用中使用的设备，必须可靠地运行多年。因此，光耦合器必须提供一个高质量的绝缘屏障，以确保可靠性和耐久性。此外，光耦合器拒绝可能导致异常电压转换或输出信号上的过度噪声的共模瞬态噪声。 
 
 
 

图1。ACPL-x6x直接从ASIC驱动，没有外部缓冲器。

 

目标应用程序和关键功能

ACPL-x6xL和ACNW261L被设计用于通信接口（RS485、CANBus和I2C）、微处理器系统接口，并为A/D和/或D/A转换应用程序提供数字隔离。设备的性能是保证在一个较宽的温度范围内，从-40°C到105°C，使其成为理想的工业应用。

ACPL-x6xL和ACNW261L的主要功能包括：

一个低电流的LED输入，允许从CMOS输出直接驱动（参见图1o 35 kV/μs动态和静态共模抑制-不会消除噪音！在各种负载条件下控制输出旋转速率,易于配置的反转和非反转操作,在连续工作电压从560到1414，瞬态电压为6k/8kVpeak

表1给出了这些光耦合器的基本技术规范。

表1。ACPL-x6xL和ACNW261L。 

 

参数	规格
传播延迟	80 ns (max)
任意两个部分之间的倾斜	30 ns (max
脉冲宽度畸变	30 ns (max
LED正向电流	1.6 mA
Icc电源电流	1.3 mA (max)
共模噪声抑制	35 kV/us 和 1000 V
电源电压	2.7至5.5 V
温度范围	-40至105°C
连续工作电压	560 Vpeak到1414 Vpeak

 

易用性和设计的灵活性

如前所述，切换新的光耦合器系列所需的低LED电流使得直接从CMOS输出驱动输入的LED成为可能。为了简化这些情况下的电路设计，指定了新的固定输入电阻器的3.3V和5V信号电平（跨温度范围）。此外，推拉CMOS输出消除了对外部上拉电阻的需要。输出阶段是反相的，但设计者可以轻松地配置光耦合器的反相或非反相操作。在下面的图2中，要获得非反转配置，设计者只需将Vin更改为Vcc，GND1则更改为Vin。

图2。典型的高CMR驱动电路。 

 

 

图3。LED灯输出功率，LOP，随时间变化的稳定性。

 

光耦合器CMR性能 

共模噪声可能在数据通信应用中造成一个重大问题，特别是在电机、传感器和可编程逻辑控制器连接在一起的工业环境中。在这种的系统中，隔离器降低噪声水平并提高信号性能。所有的隔离器，无论技术如何，在组件的两个隔离侧之间都有一个寄生电容耦合。发生在输出侧的噪声瞬态可能导致输入侧不必要的电压上升。这可能导致输入的错误触发，甚至是高阻抗逻辑输入的锁定。带有LED输入的光隔离器在高共模噪声环境中是理想的。

这些光耦器中的光信号通过内部光透明绝缘材料的衰减较低，因此通过隔离器的距离可以保持较高，有效地降低了寄生电容。换句话说，在这些光耦合器中提供足够的绝缘厚度，可以最大限度地减少两侧之间不需要的电容耦合。

图2中所示的“分裂电阻”输入LED驱动方法平衡了整个LED输入的阻抗。因此，LED上的共模噪声电压上升是对称的，因此不能打开LED。此外，LED输入具有相对较高的输入电容70pF。串联连接的LED和限流电阻形成一个低通滤波器，有助于滤波噪声瞬变。内部法拉第屏蔽也减少了共模噪声的影响。 

高可靠性

在光耦合器中使用的LED的质量突出了产品的耐用性。其制造工厂生产自己的针对光耦合器的高可靠性led。在ACPL-x6xL和ACNW261L中使用的红外线、砷化铝镓LED在温度和时间上都具有良好的稳定性。如图3所示，在运行100,000小时后，光输出功率（LOP）基本保持不变。在产品数据表中提供了显示超温性能的图表。

速度增强

放置在输入电流极限电阻器上的峰值电容器（图4）提高了速度性能。峰值电容器的值取决于输入信号和供电电压的升降时间和LED输入驱动电流（IF）。图5显示了通过添加一个驱动电流为2 mA和3.3V/5V电源的峰值电容器，传播延迟和脉冲宽度畸变（PWD）的显著改善。

图4。将输入限制电阻（Cpeak）并联连接峰值电容器（R1），以提高速度性能

 

图5。改进tp和PWD与增加一个47pF峰值电容器。

 

图6 （A）输出的升降时间随负载电容的变化而变化。

图6（B）输出的升降时间随负载电容的变化而变化。

 

电源电压范围和无故障输出

ACPL-x6xL和ACPL 6W261L还能在整个电源电压范围（2.7V-5.5V）内提供稳定的开关性能，并在组件断电时提供无故障输出。

 

应用程序示例：SPI接口 

在许多应用程序中，如SPI和I2C串行接口，稳定的切换参数随时间和温度的变化要比实际的设备切换速度要重要得多。在许多微控制器中发现的SPI串行接口是一个很好的回顾例子。基于双通道ACPL-064L和单通道ACPL-M61L的隔离SPI接口如图7所示。

图7。隔离SPI接口。


审核编辑 黄昊宇