磁隔离的分类
基于磁隔离技术的磁耦种类繁多,有近200种型号,可分为多种类别:
一、按功能
1、通用型多通道数字磁隔离器:灵活的通道配置,用来替代之前的光耦产品;典型型号:ADUM1201、ADUM1411
2、隔离型RS-485收发器:高集成度及稳定性,改变传统的分立隔离方案;典型型号:ADM2483、ADM2587E
3、隔离型RS-232收发器:完全的数据隔离,以单芯片实现RS-232接口隔离;典型型号:ADM3251E
4、集成DC/DC的数字磁隔离器:集成电源隔离,使隔离电路设计更简化;典型型号:ADUM5401、ADUM5402
5、双向信号磁隔离器:实现单路通道双向隔离,适用于1-wire、2-wire总线;典型型号:ADUM1250
6、门级驱动型磁隔离器:提供高边及低边控制信号隔离,直接驱动MOS管;典型型号:ADUM5230
7、USB总线磁隔离器:业界首款USB总线信号隔离器;典型型号:ADUM4160
8、隔离型A/D转换器:16位Σ-Δ型ADC与磁隔离技术的结合。典型型号:AD7400、AD7401
二、按隔离电压(1分钟测试结果)
1000Vrms、1667Vrms、2500Vrms、3750Vrms、5000Vrms等。
三、按传输速率
460Kbps、500Kbps、1Mbps、1.5Mbps、10Mbps、16Mbps、
20Mbps、25Mbps、90Mbps、120Mbps、150Mbps等。
四、按传输通道
单通道、双通道、三通道、四通道、五通道等。
五、按封装
SOIC-8、SOIC_W-16、SOIC_W-20、QSOP-16等。
磁隔离的特性
磁隔离的特性有:高性能、低功耗、可靠性、长寿命、易用性、小封装。
一、高性能
磁耦能够在低功耗的条件下实现150Mbps的高速数据隔离,光耦鲜有如此高的传输速率,实现同样高的传输速度,磁耦比光耦有着更高的性价比。磁耦芯片内部含有施密特电路,能够对输入输出的电路滤波整形,因此可直接与各种高速控制芯片直接连接,如:DSP、ARM、PLC等。
二、低功耗
磁耦基于芯片级变压器传输原理,信号传输时几乎不存在能量损耗,因此能以极低的功耗实现高度的数据隔离。相同速率下,其功耗仅为光耦的1/10~1/6。
三、可靠性
磁耦消除了与光耦合器相关的不确定的电流传送比率、非线性传送特性以及随时间漂移和随温度漂移问题;磁耦均带有25KV/us的瞬态共模抑制能力,且能够在电压差峰值560V的环境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V /10sec的电压隔离保护,多种型号的磁耦带有±15KV的ESD保护。
四、长寿命
采用芯片级变压器技术传输信号,消除光耦传输时的器件损耗。器件内部基本不存在损耗,正常工作条件下至少达到50年工作寿命。
五、易用性
磁耦的小体积及多种通道配置,是电路设计更加简洁,应用更加灵活。集成的多种接口收发器使得接口隔离电路集成度更高,线路连接大大减少。
六、小封装
磁隔离技术是通过采用晶圆级工艺直接在片上制作直径约500um的变压器来实现的。利用此平面变压器的独特特征以及一些创新的电路设计,磁隔离产品可以在不影响性能的前提下,在一个封装内集成许多不同的特性与功能。磁耦采用的标准封装:SOIC- 8、SOIC_W-16及SOIC_W-20等。
磁隔离的技术
磁隔离技术核心是穿越隔离阻障发射与接收信号的平面变压器。这些变压器完全由标准半导体制造工艺进行集成,变压器由被聚酰亚胺层分开的两个线圈组成,聚酰亚胺层起到隔离阻障的作用。每个线圈的直径大约是500?m,匝数15。顶部线圈粗4?m,采用金材料制成;底部线圈粗1~2?m,采用铝材料制成。
在开发数字隔离器时,确实需要考虑这些平面、芯片级的变压器的某些独特特性;还可以利用这些特性生产出创新的数字隔离器。
磁隔离的原理
首先,iCoupler变压器是空心变压器—没有磁芯。为了实现紧密互耦,我们将两个15匝、直径500?m的线圈直接堆叠,空隙仅为20?m。这使得耦合系数大于0.8。
其次,iCoupler变压器具有非常高的带宽。顶部与底部线圈的自激频率分别是1 GHz与400 MHz,线圈之间的电容小于0.3 pF。高带宽与小电容意味着iCoupler能够提供极高速的数字隔离。
第三,iCoupler变压器线圈具有低电感、高阻抗,每个线圈的电感大约是110 nH,顶部金线圈阻抗是25Ω,底部铝线圈阻抗是50Ω。这样的L/R比值使得低频信号无法直接通过—如果输入信号的脉宽大于L/R比或是只有几纳秒,变压器很容易电流饱和。
为了摆脱这些线圈的低频限制,我们采用创新的编码电路通过变压器传输仅1~2 ns宽的脉冲,而不管输入信号的频率。解码电路由这些1~2 ns宽的脉冲重新恢复出输出信号。这种编码/解码方法允许iCoupler产品传输直流和高频信号。