Internationale Benchmark-Digitalisolatoren unter dem Entwicklungstrend der Isolation
Digitaler Isolator
Ein digitaler Isolator ist ein Gerät, das die digitale Signalübertragung im Zustand eines elektrischen Isolators realisiert und als Grundfunktion dient, galvanisch getrennte digitale Signalwege bereitzustellen. In dem elektronischen System sorgt der digitale Isolator, wenn das digitale Signal und das analoge Signal übertragen werden, für eine hochohmige Isolationscharakteristik, um die Isolation zwischen dem elektronischen System und dem Benutzer zu realisieren.
Der Grund für die Einführung einer Isolierung besteht darin, Sicherheitsvorschriften zu erfüllen oder das Erdschleifenrauschen zu reduzieren. Die galvanische Trennung stellt sicher, dass die Datenübertragung nicht über elektrische Verbindungen oder Kriechwege erfolgt, wodurch Sicherheitsrisiken vermieden werden. Es ist jedoch unvermeidlich, dass die Isolation Einschränkungen in Bezug auf Verzögerung, Stromverbrauch, Kosten und Größe mit sich bringt. Das Ziel digitaler Isolatoren ist es, Sicherheitsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig negative Auswirkungen zu minimieren. Gegenwärtig umfassen digitale Isolatoren hauptsächlich drei Typen: Optokoppler-Isolator, magnetische Kopplungsisolator und kapazitive Kopplungsisolator.
Obwohl der gängigste digitale Isolator mit Optokoppler die üblichen Isolationsanforderungen erfüllen kann, hat er eine kurze Lebensdauer und einen hohen Stromverbrauch und wird nach und nach ersetzt. Die kapazitive Kopplung verwendet das Prinzip der On-Chip-Kapazität, um eine Signalisolationsübertragung mit langer Lebensdauer, geringem Stromverbrauch und hoher Übertragungsrate zu realisieren. Der magnetische Kopplungstyp kann auf Basis der kapazitiven Kopplung zusätzliche Energie übertragen, was den Anwendungsbereich des Isolators stark erweitern kann.
TI digitaler Isolator
Die grundlegenden digitalen Isolatoren und verstärkten digitalen Isolatoren von TI haben Vorteile in Bezug auf hohe Betriebsspannung, geringe Strahlung, geringen Stromverbrauch und hohe Effizienz. Die TI-Serie verwendet im Allgemeinen proprietäre isolierende Gates aus Siliziumdioxid (SiO2) auf Isolationsmaterialien, um diese Eigenschaften zu erreichen. Zusätzlich zu den grundlegenden Leistungsanforderungen können die digitalen Isolatoren von TI auch kleine oder kostensensible Anwendungen erfüllen.
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(ISO67xx-Serie, TI)
Die ISO67xx-Serie besteht aus kapazitiv gekoppelten digitalen Isolatoren, die eine hervorragende Signalisolierungsleistung bieten und sich gleichzeitig auf Anwendungen mit niedrigen Designkosten konzentrieren. Diese Serie digitaler Isolatoren bietet eine Vielzahl von Kanaloptionen und trägt so dazu bei, den Schutz kritischer Schaltkreise in verschiedenen Anwendungskonfigurationen (SPI-, UART-, CAN-, RS-485-, GPIO- und I2C-Signale) zu verbessern.
Aus der Sicht der ISO6741-spezifischen Produkte dieser Serie ist ISO6741 ein digitaler Vierkanal-Isolator, der die Designflexibilität durch stromsparenden Betrieb und Pegelumwandlung verbessert und einen weiten Versorgungsspannungsbereich von 1,71 V bis 5,5 V unterstützt. Die ESD-Leistung von 8 kV (Kontakt) verhindert eine Beschädigung des Isolators während der Wartung. Die Datenrate beträgt bis zu 50 Mbit/s, während die Betriebsspannung bis zu 1500 V beträgt und die typische Gleichtakt-Transientenimmunität 75 kV/µs beträgt. Aus dem obigen Indexniveau kann gesagt werden, dass ISO6741 eine unzerbrechliche Isolationsbarriere bietet.
Wenn die ISO67xx-Serie eine ausgezeichnete Wahl für kostengünstige Anwendungen ist, bietet die ISO70xx-Serie den branchenweit höchsten extrem niedrigen Stromverbrauch.
Die gesamte Palette der ISO67xx-Produkte kann mit extrem niedrigem Stromverbrauch betrieben werden, mit einem Stromverbrauch von nur 4,2 μA pro Kanal, einem Gesamtstromverbrauch von 10 kbps, weniger als 20 μA und einer Leistung, die auf 2 Mbps erweitert werden kann. Bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch unterstützt ISO67xx eine Isolationsspannung von 3 kVrms und einen typischen Wert von 100 kV/μs für die Gleichtakttransientenimmunität Diese Isolationsfestigkeit ist ausreichend zuverlässig.
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(ISO6741, TI)
ADI digitaler Isolator
Die digitalen Isolatoren von ADI sind magnetisch gekoppelte digitale Isolatoren, die die iCoupler-Technologie verwenden, um ein unbegrenztes Design zu erreichen. Insgesamt haben die digitalen Isolatoren von ADI große Vorteile in Bezug auf Robustheit und Mehrkanal-Flexibilität (bis zu 6 Kanäle).
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(ADuM141ES, ADI)
ADuM141ES, ein digitaler Vierkanal-Isolator mit 150 MBPS für Luft- und Raumfahrtanwendungen, verwendet die patentierte iCoupler®-Technologie von ADI. Diese Isolationskomponenten kombinieren komplementäre Hochgeschwindigkeits-Metalloxid-Halbleiter (CMOS) und monolithische Air-Core-Transformator-Technologie, um bessere Leistungsmerkmale bereitzustellen.
Aus numerischer Sicht beträgt die maximale Laufzeitverzögerung 13,5 ns, die Impulsbreitenverzerrung weniger als 3 ns und die Gleichtakttransientenimmunität ist sehr hoch, wenn der ADuM141ES mit 5 V betrieben wird 100 kV/μs. Gleichzeitig sind die Datenkanäle des ADuM141ES voneinander unabhängig und halten einer Nennspannung von 400 V rms stand. Dieses Gerät arbeitet mit einer Versorgungsspannung zwischen 1,8 V-5 V und ist mit Niederspannungssystemen kompatibel und unterstützt die Spannungsumwandlung über Isolationsbarrieren.
Der geringe Stromverbrauch spiegelt sich auch im Stromwert wider: Bei 150 MBPS beträgt der Strom der Stromversorgung auf Seite 1 17 mA und der Strom der Stromversorgung auf Seite 2 17,5 mA, was die Datenübertragungsrate gewährleistet und den Stromverbrauch reduziert.
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(ADuM260N, ADI)
Die Leistung des vierkanaligen ADuM141ES ist stark genug, werfen wir einen Blick auf den robusten 5,0-kVrms-Sechskanal-Digitalisolator mit integriertem Fail-Safe und Zero-Reverse-Kanälen.
Gleichtakt-Transientenimmunität 100 kV/μs, 13 ns Ausbreitungsverzögerung bei 5 V, geringe Latenz von 15 ns bei 1,8 V, maximale Datenrate von 150 Mbit/s, VIORM Peak 849 V Sicherheitszertifizierung, 1 Minute 5000 V rms UL-zertifiziert, 125 ℃ hoch Temperatur Arbeitsumgebung, 16-Pin-Wide-Body-SOIC_IC-Gehäuse. Hohe Betriebsspannung, geringe Strahlung, geringer Stromverbrauch und hohe Effizienz spiegeln sich in den obigen Daten vollständig wider.
Toshiba Digitalisolator
Die digitalen Isolatoren von Toshiba verwenden hauptsächlich Optokoppler, daher wird ihre Leistung schwächer sein als die der oben erwähnten Hochleistungs-Digitalisolatoren von TI und ADI.
Toshiba TLP350 ist ein neueres digitales Isolatorprodukt, das in verschiedenen Wechselrichtern (wie Industriewechselrichtern, USV und Stromkonditionierern für die Photovoltaik-Stromerzeugung) verwendet wird. Die Zuverlässigkeit der Vorrichtung ist hauptsächlich verbessert und die Kosten sind niedriger.
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(TLP350, Toshiba)
Der TLP350 kann den Ausfall von Leistungsgeräten verhindern, indem er den Anstieg der Stoßspannung unterdrückt, der während eines anormalen Abschaltens auftritt. Wenn die Versorgungsspannung anormal ist und ein Überstrom erkannt wird, wird ein Fehlersignal zurückgemeldet. Gleichzeitig sorgt die sanfte Abschaltfunktion der Überstromerkennung dafür, dass sich das Leistungsgerät sanfter abschaltet. Diese Verbesserungen konzentrieren sich auf Zuverlässigkeit und Stabilität.
Denn Optokoppler haben allein schon von den technischen Parametern her natürliche Nachteile gegenüber anderen Typen. Der Nennstrom dieses Produkts beträgt 2,5 A, was zweifellos eine große Belastung des Stromverbrauchs darstellt. Die Gleichtakttransientenunterdrückung beträgt 25 kV/µs, was bei Optokopplerprodukten eigentlich recht gut ist.
Broadcom Digitalisolator
Broadcom war schon immer ein führender Anbieter von Opto-Isolatoren. Derzeit bieten wir hochzuverlässige, militärisch abgedichtete Optokoppler, Optokoppler mit galvanischer Trennung für industrielle Anwendungen und Optokoppler, die den Isolations- und Zuverlässigkeitsanforderungen von Anwendungen in Automobilqualität entsprechen.
Obwohl es sich um einen Optokoppler-Experten handelt, verwenden die CMPS-Digitalisolatoren der ACML-74xx-Serie eine magnetische Kopplung durch dicke Isolierung, die eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Isolationsleistung sowie einen geringen Stromverbrauch bei hohen Datenraten bietet. Die CMOS-Digitalisolatoren der Serie HCPL-90xx/-09xx integrieren die Giant Magnetoresistance (GMR)-Technologie mit Hochgeschwindigkeitsleistung und hervorragenden Spezifikationen für die transiente Immunität.
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(ACML-7400, Broadcom)
Die CMOS-Digitalisolatoren der Serie ACML-74x0 verbrauchen selbst bei hohen Datenraten nur wenig Strom und können durch die kompakte Oberflächenmontage eine Leistung zur Unterdrückung von Transienten erreichen. Diese CMOS-Digitalisolatoren erfüllen eine maximale Laufzeitverzögerung von 36 ns und eine maximale Impulsbreitenverzerrung von 3 ns. Sie können auch mit einer Datenrate von 100 MBd betrieben werden.
In dem digitalen Vierkanal-CMOS-Isolator ACML-7400 in der obigen Abbildung ist ein unidirektionales Gerät konfiguriert, und es gibt vier Kanäle in eine Richtung, und jeder Kanal liegt normalerweise im niedrigen Stromverbrauchsbereich von 15 mA. Und die Betriebsspannungsfestigkeit ist extrem hoch, das Maximum kann 800 V rms standhalten. Die Fähigkeit zur Unterdrückung von Gleichtakttransienten ist ebenfalls hervorragend, mit einem Minimum von 25 kV/µs und im Allgemeinen 50 kV/µs.
Zusammenfassung
Die digitale Isolationstechnologie ist ein unvermeidlicher Trend der Isolationsentwicklung, und die heimische digitale Isolatorindustrie ist immer noch ein unterentwickelter Markt. In der nächsten Ausgabe konzentrieren wir uns auf inländische Hersteller von digitalen Isolatoren, um zu sehen, wie sie dem heimischen Markt helfen können, die Importabhängigkeit zu überwinden.