ISO72x单通道高速数字隔离器全解析

作为电子工程师，在设计电路时，数字隔离器是我们常常会用到的关键器件。今天，我要给大家详细介绍德州仪器（TI）的ISO721、ISO721M、ISO722和ISO722M单通道高速数字隔离器。

文件下载：iso722m.pdf

一、特性亮点

ISO72x系列数字隔离器具有众多令人瞩目的特性，这些特性使得它在众多应用场景中脱颖而出。

高速与低延迟

它提供100和150Mbps的信号速率选项，能够满足不同高速数据传输的需求。典型的传播延迟仅为12ns，脉冲偏斜典型值为0.5ns，这意味着信号能够快速、准确地传输，大大提高了数据传输的效率和准确性。大家可以思考一下，在哪些对数据传输速度和精度要求极高的场景中，这些特性会发挥至关重要的作用呢？

低功耗与长寿命

具备低功耗睡眠模式，能够有效降低系统的功耗。在额定工作电压下，典型寿命可达28年，这为系统的长期稳定运行提供了可靠保障。对于一些需要长时间不间断工作的设备来说，这样的长寿命特性无疑是非常重要的。

高抗干扰与安全认证

具有高电磁抗扰度，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。同时，还具备故障安全输出功能，当输入电源丢失或出现故障时，输出会被驱动到一个安全的逻辑高状态，避免系统出现异常。此外，它还通过了多项安全相关认证，如DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577组件认可计划以及IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1认证，这充分证明了其安全性和可靠性。

二、应用场景广泛

ISO72x系列数字隔离器的应用场景十分广泛，涵盖了工业自动化、计算机外设接口等多个领域。

工业自动化领域

在工厂自动化中，它可用于Modbus、Profibus™、DeviceNet™等数据总线，能够有效隔离数据总线和本地接地之间的噪声电流，保护敏感电路不受干扰和损坏。在伺服控制接口中，它可以确保控制信号的准确传输，提高伺服系统的稳定性和精度。

计算机与数据采集领域

在计算机外设接口中，它可用于隔离不同设备之间的信号，避免信号干扰。在数据采集系统中，它能够有效隔离采集电路和处理电路，提高数据采集的准确性和可靠性。

三、详细描述

内部结构与工作原理

ISO721、ISO721M、ISO722和ISO722M设备的逻辑输入和输出缓冲器由二氧化硅（SiO₂）绝缘屏障隔开，该屏障可提供高达4000 VPK的电隔离。当二进制输入信号进入设备后，会先进行调理，转换为平衡信号，然后通过隔离屏障进行差分处理。在隔离屏障的另一侧，差分比较器接收逻辑转换信息，相应地设置或重置触发器和输出电路。同时，会定期发送更新脉冲以提供输出的正确直流电平。如果在超过4μs的时间内没有接收到直流刷新脉冲，则输入被认为未供电或未被主动驱动，故障安全电路会将输出驱动到逻辑高状态。

不同型号的差异

ISO722和ISO722M设备包含一个低电平有效输出使能端，当驱动到高逻辑电平时，输出将处于高阻抗状态，并关闭内部偏置电路以节省功率。ISO721和ISO722设备具有TTL输入阈值和输入噪声滤波器，可防止持续时间长达2ns的瞬态脉冲传递到设备输出。而ISO721M和ISO722M设备具有CMOS VCC / 2输入阈值，但没有噪声滤波器和额外的传播延迟，这使得ISO721M设备能够实现低抖动操作。

四、规格参数

绝对最大额定值

在使用ISO72x系列数字隔离器时，必须要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压VCC1和VCC2的范围为 - 0.5V至6V，输入电压范围为 - 0.5V至VCC + 0.5V（最大电压不得超过6V），输出电流最大为±15mA，最大结温为170°C，存储温度范围为 - 65°C至150°C。超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏，所以在设计电路时一定要严格遵守。

电气和开关特性

在不同的电源电压和工作条件下，ISO72x系列数字隔离器具有不同的电气和开关特性。例如，在5V和3.3V电源电压下，其静态和不同信号速率下的电源电流、输出电压、输入电流、输入电容和共模瞬态抗扰度等参数都有所不同。在开关特性方面，不同型号的传播延迟、脉冲偏斜、输出信号上升和下降时间、睡眠模式传播延迟、故障安全输出延迟时间和峰 - 峰眼图抖动等参数也存在差异。这些参数对于我们设计电路时选择合适的型号和确定工作条件非常重要。

五、应用与实现

典型应用电路

以ISO721设备为例，它可以与德州仪器的微控制器、CAN收发器、变压器驱动器和低压差电压调节器一起使用，创建一个隔离CAN接口。在这个应用电路中，ISO721设备起到了隔离数据信号和电源的作用，确保CAN总线的稳定运行。

设计要求与步骤

与光耦合器不同，ISO72x设备只需要两个外部旁路电容器即可工作，大大简化了设计。在设计时，需要将0.1μF的旁路电容器尽可能靠近输入和输出电源引脚（VCC1和VCC2）放置，以提供可靠的电源供应。同时，ISO72x隔离器与大多数其他供应商的产品具有相同的功能引脚排列，通常可以直接替代，这为我们的设计提供了很大的便利。

布局建议

为了实现低EMI的PCB设计，建议采用至少四层的电路板，层堆叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。将高速迹线布置在顶层可以避免使用过孔，减少电感的引入，同时为隔离器与数据链路的发射和接收电路之间提供干净的互连。将实心接地层放置在高速信号层旁边可以为传输线互连建立受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。将电源层放置在接地层旁边可以创建额外的高频旁路电容。将低速控制信号布置在底层可以提供更大的灵活性。对于数字电路板，在信号速率低于150Mbps或上升和下降时间大于1ns且迹线长度不超过10英寸时，建议使用标准FR - 4 UL94V - 0印刷电路板，因为它在高频下具有较低的介电损耗、较少的水分吸收、更高的强度和刚度以及自熄性。

六、设备与文档支持

德州仪器为ISO72x系列数字隔离器提供了丰富的设备和文档支持。在开发支持方面，提供了多个TI参考设计和ISO72x IBIS模型。在文档支持方面，提供了数字隔离器设计指南、隔离术语表、隔离RS - 485参考设计应用报告和ISO721EVM用户指南等相关文档。我们还可以通过ti.com注册接收文档更新通知，并且可以在TI E2E™支持论坛上获取快速、经过验证的答案和设计帮助。

ISO72x系列数字隔离器以其出色的特性、广泛的应用场景和完善的支持文档，为我们电子工程师在设计电路时提供了一个非常好的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和工作条件，合理选择型号，并严格按照规格参数和设计建议进行设计，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。