数字隔离器和光耦合器在工业化应用中的不同优势！-先进光半导体

    设计隔离电路以承受恶劣的工业环境是本白皮书的重点。工业电子设备通常使用电流隔离器来保护系统和用户免受潜在危险电压的影响。众所周知，工业设备必须在最恶劣的环境中可靠运行。在这种环境中，强电磁场、浪涌、快速瞬变和高本底噪声是常态。这种环境对设计可靠的隔离电路提出了挑战，这些电路可以在很长的设备寿命内实现无差错操作。

    在过去四年中，光耦合器一直是“默认”信号隔离设备，但最近硅隔离技术的突破带来了更小、更快、更可靠和更具成本效益的解决方案。该解决方案已开始在许多终端应用中取代光耦合器。在目前市场上的竞争硅隔离器中，SiliconLabsCMOS数字隔离器系列是最先进的，提供一流的时序性能、电磁干扰(EMI)和外部场抗扰度、功耗、尺寸和成本。本文着重讨论了工业隔离问题以及如何应用射频隔离技术来提高系统稳健性和性能。

    射频隔离器和光耦合器的基础知识！

    图显示了光耦合器和CMOS数字隔离器的顶层框图。如图1a所示，光耦合器是一个带有发光二极管(LED)的混合元件，它在正向偏置时发光，其亮度与LED正向电流成正比。发射的光穿过光学透明的绝缘膜（或电介质），撞击光电探测器并产生电流，从而偏置输出晶体管。当LED的正向电流不再流动时，发光停止，输出晶体管关闭。

    CMOS数字隔离器的基本操作类似于光耦合器的操作，不同之处在于它使用RF载波而不是光。CMOS数字隔离器由两个相同的半导体管芯组成，它们在标准IC封装中连接在一起，形成由差分电容隔离栅隔开的RF发送器和接收器。使用简单的开关键(OOK)将数据从输入传输到输出。当VIN为高电平时，发送接收器生成一个射频载波，该载波穿过隔离屏障到达接收器。当检测到足够的带内载波能量时，接收器将VOUT设置为逻辑1。当VIN为低电平时，发送器被禁用并且没有载波。因此，接收器不会检测带内载波能量并将VOUT驱动为低电平。

    设备结构

    虽然CMOS数字隔离器和光耦合器的基本工作原理相似，但它们的物理实现却大不相同。单通道光耦合器的X射线视图如图所示。光耦合器的混合结构将LED和输出管芯连接到分离式引线框架。两个管芯由物理间隙隔开，该间隙包括透明绝缘屏蔽以减少寄生输入/输出耦合电容。光耦合器的隔离击穿电压主要由封装的塑封料决定。请注意，光耦合器的成本和复杂性会随着通道数量的增加而直接增加，这使得具有更多通道数的光耦合器比单片硅器件更难实现。

    六通道CMOS数字隔离器的未封装视图如图2b所示。标准互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术和标准IC封装贯穿始终。两个模具中的每一个都包含六个完整的隔离器通道，每个通道由一个发射器、一个差分隔离屏障和一个接收器电路组成。当两个管芯连接时，每个管芯的电容隔离栅串联连接，使通道击穿电压加倍，以获得更大的安全裕度。

    与光耦合器不同，每个CMOS数字隔离器通道占用的芯片面积很小，这使得提供具有成本效益的高通道数隔离器成为可能。此外，单片半导体工艺技术使CMOS隔离技术能够与其他半导体功能和工艺相结合，以创建具有内置隔离功能的高度集成产品，例如隔离式模拟数据转换器和通信收发器。这些集成优势使隔离产品的路线图比光耦合器更广泛、更全面。

    工艺技术

    用于制造CMOS数字隔离器的CMOS工艺技术非常流行，几乎所有主要可以使用流半导体代工厂。CMOS技术用于数字产品，如微处理器、微控制器和静态RAM，以及模拟产品，如图像传感器、模拟数据转换器和集成通信收发器。CMOS以其高抗噪性、低静态功耗、高可靠性和经济性而著称。多年来，CMOS工艺的几何尺寸不断缩小，使新产品功能更强大，成本和功耗更低。电子行业对CMOS的学习和生产的结合，远远超过了光耦合器中使用的砷化镓基技术。

    先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

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