数字信号隔离，实现更好的设计

设计工程师需要高枕无忧。您需要确信您的设计坚如磐石。这将增强创造力（并且可以让你成为一个更好的人）。

在设计中的所有信号线上使用数字隔离可能有助于找到这种安心。如果所有I/O都是数字的，这些隔离器将消除传导噪声，并防止总是可怕的接地环路对您的测量造成严重破坏。您可以找到单通道至六通道数字隔离器IC，设计起来非常方便。应用领域包括工厂自动化、电动汽车、电网、机器人和科学仪器。

您甚至可以在数字隔离栅之前对模拟I/O进行A/D转换，因此它们也非常干净。两个电源域之间的完全电流隔离还将保护电路免受高共模瞬变的影响，高共模瞬变可能发生在太阳风暴或雷击期间。如果存在任何高电压，隔离器可以提高安全性。

数字隔离器还免费提供信号电平转换。使用它们只是良好的工程实践，实际上可以使电路的其余部分更容易设计。当然，您需要有两个独立的电源，但这通常很容易通过电源变压器抽头完成。现在，微型、高效率开关稳压器在这项任务中发挥了很大作用。

现有的隔离器IC可提供高达5kV的隔离电压，支持高达150Mbps的数据速率，并且只需要几毫安的电源电流。您可以为 RS-232/485、CAN、LVDS、US 或 SPI 信号线选择通用单向或双向隔离器或收发器型隔离器。

当然，所有这些电路设计优势都不是免费提供的。我们可以计算出四通道隔离器IC的价格约为2.50美元，一些相关的离散部件以及一些额外的电源电路的价格更高。但这并不能提高系统的可靠性和稳健性，以及您的心态。

这些IC需要评估的一些重要规格包括工作电压、共模瞬态抗扰度、最大数据速率、传播延迟和电源电压/电流。

数字隔离器IC示例

MAX14934–MAX14936为四通道、5kV系列有效值数字隔离器采用专有工艺技术作为隔离栅。适用于仅需 2.75kV 的应用有效值隔离，可以使用MAX14930–MAX14932，对于需要双向通道的应用，如I²C，请参考MAX14937。

MAX1493x系列通过电流分离器在不同电源域的电路之间传输数字信号。这些设备已通过 VDE V 0884-10：2006-12 基本绝缘认证，最大工作电压为 848V有效值.它们符合 UL1577 安全要求。

这些 IC 可在高达 125°C 的环境温度下工作，采用 0.58V 电源时，每通道功耗低至 1.1mW，速率为 8Mbps。它们的隔离额定值为 5kV有效值持续 60 秒，共模瞬态抗扰度非常稳健，为 25kV/μs。隔离器每侧均可使用1.71V至5.5V电源。

这些芯片提供所有三种可能的单向通道配置。如功能图所示，四个通道中的每一个都只沿一个方向传递数据（见图1），并且每个通道独立工作。数据速率可以从 1Mbps、25Mbps 或 150Mbps 中选择，具体取决于版本。每个通道的输出驱动器均为推挽式，可驱动TTL和CMOS逻辑。版本具有高电平或低电平的默认输出。输入电容仅为2pf（典型值），上升和下降时间通常为2ns。传播延迟从最快版本的8ns到最慢版本（55MHz）的1ns不等。

 

图 1：MAX14934、MAX14935 和 MAX14936 功能框图

采用 3.3V 电源时，芯片每通道仅占用 2.6mA 电流（典型值（在 1Mbps 时）或 7.1mA/通道（典型值（100Mbps）。16 引脚宽体 SO 封装满足 220VAC 供电设备的爬电距离和电气间隙要求。MAX14483评估板为完整的评估板。

用于SPI的六通道隔离器

另一款器件MAX14483提供100个通道，其中200个正向单向数据通道和10个反向通道，用于串行外设接口（SPI）总线控制信号SDO和故障。所有六个单向通道都可以具有高达2MHz的时钟，2Mbps的数据速率。六个信号通道分别针对SPI进行了优化，在SDI、SDO和SCLK指定通道上具有非常低的60747ns传播延迟（图5），以及5ns的最大脉宽失真。该 IC 符合 IEC <>-<>-<> 标准。

 

图3：MAX14483功能框图

辅助通道用于将定时或控制信号从主机侧传递到从机侧，并且两个电源域也有功率监视器。该 IC 的隔离额定值为 3.75kV有效值60 秒，采用 20 引脚 SSOP 封装，爬电距离和电气间隙为 5.5mm。封装材料的最小相对漏电起痕指数（CTI）为400V，在爬电距离表中具有第2组额定值。其额定环境温度为 -40° 至 125°C，最大工作隔离电压为 400V有效值.

该 IC 可承受 A 侧和 B 侧之间的 ±10kV 浪涌，波形为 1.2/50μs，并具有 ±4kV ESD HBM 承受能力。隔离器每侧均有1.71V至5.5V电源。该 IC 采用 1MHz 时钟和 53.10V 电源时每通道仅需要 3.3mW，采用 0.77V 电源时每通道仅需要 1.8mW。

规格检查

由于各种规格，数字隔离器规格可能会令人困惑。它们有时会说明与产品标准（IEC 60950-1等）相关的隔离测试电压，而规范应强调组件标准（VDE 0884-10，UL 1577）和工作电压。设计人员应验证隔离器是否具有VDE和UL认证。确保隔离器符合安全规则的最佳方法是获取VDE和UL证书的副本。

避免设计难题

数字隔离器IC易于使用，可以避免设计引起很多麻烦，特别是在工业等电气噪声环境中或电气设备（如工厂、电动汽车、电网和科学仪器）中。

审核编辑：郭婷