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超低功耗隔离技术比较及最新发展

上网日期: 2014年09月02日 ?? 作者: Mark Cantrell ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:隔离技术? 数字隔离器? ADuM140x?

长久以来,隔离一直被设计师视为一个必不可少的负担。说它必不可少是因为,它可以使电子元件变得安全,以便任何人都能使用。说它是个负担是因为,它会限制通信速度,消耗大量电能,并占用较大的电路板空间。基于老技术的光耦合器,甚至许多较新的数字隔离器,其功耗非常高,致使某些类型的应用失去了可行性。在本文中,我们将考察超低功耗隔离领域的最新发展,其与现有技术的关系,以及其实现方式。同时,我们还将探讨可以从这类新器件受益的多种应用。

对设计师来说,大约45年前出现的现代光耦合器是一个巨大的进步。它们允许在电源控制电路中实现反馈,在通信电路中实现信号隔离以中断接地环路,以及对高端功率晶体管或电流监控器进行通信。

20世纪70年代,光电器件大量涌现。这些器件影响了RS-232、RS-485等通信标准,以及4至20 mA电路环路和DeviceNet及PROFIBUS等工业总线的发展。受隔离器件本身限制的影响,光隔离的功能决定了这些通信总线的诸多特性。在接下来的20年中,隔离技术的发展变化基本上属于量变,而到了2000年,市场上出现了首批新型芯片级数字隔离器。这些新器件以感性耦合技术为基础,采用芯片级变压器、GMR材料以及后来的差分容性耦合技术。与较老的光耦合器相比,这些新技术可以实现超高的速率和超低的功耗水平,然而,受当时实施的标准限制,新器件的许多功能(如高速率)并未得到充分利用,因为现行标准接口并不需要这些功能。

在数字隔离器采用标准封装和IC工艺制造其编码和解码电子元件之后,数字化功能的添加变得十分简便。低功耗、对低电源电压的支持以及高集成度成为非光学隔离器的主要设计优势。能大幅提高隔离速率并且大幅降低隔离功耗的新技术可以支持要求最为苛刻的新接口标准。目前,数字隔离器的功耗(远远低于光耦合器)需要低两至三个数量级才能进入新的应用空间。到目前为止,高性能隔离还不能实现这一目标。


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