3.1 光耦合技術

??? 光耦合技術是在透明絕緣隔離層(例如：空氣間隙)上的光傳輸，以達到隔離目的。圖5顯示了一款數字隔離器的主要組件。該電流驅動器采用數字輸入，并將信號轉換為電流來驅動發光二極管(LED)。輸出緩沖器將光電探測器的電流輸出轉換為一個數字輸出。

圖5：基本光耦合機制。

??? 光耦合技術的主要優點是，光具有對外部電子或磁場內在的抗擾性，而且，光耦合技術允許使用恒定信息傳輸。光耦合器的不足之處主要體現在速度限制、功耗以及LED老化上。

??? 一個光耦合器的最大信號速率取決于LED能夠開啟和關閉的速度。從當前可供使用的產品來看，最快的光耦合器是HCPL-0723，其可以達到50Mbps的信號速率。

??? 從輸入到輸出的電流傳輸比(CTR)是光耦合器的一個重要特性，LED一般會要求 10mA的輸入電流，以用于高速數字傳輸。這種比率對用于驅動LED的電流和由光電晶體管產生的電流進行調節。隨著時間的推移，LED變得更為低效，同時要求更多的電流來產生相同等級的亮度以及相同等級的光電晶體管輸出電流。在許多數字隔離器中，內部電路控制LED驅動電流，并且用戶無法對逐漸下降的 CTR進行補償。LED的優勢減弱了，并且隨著時間的推移隔離器不再像以前那樣有效了。

??? 3.2 電感耦合技術

??? 電感耦合技術使用兩個線圈之間的變化磁場在一個隔離層上進行通信。最常見的例子就是變壓器，其磁場大小取決于主級和次級繞組的線圈結構(匝數/單位長度)、磁芯的介電常數，以及電流振幅。圖6顯示了一款具有信號調節電路模塊的變壓器。

圖6：電感隔離。

??? 電感耦合技術的優點是，可能存在的共模差異和差分傳輸特性。變壓器的精心設計允許噪聲和信號頻率重疊，但是會呈現出噪聲高共模阻抗和信號低差分阻抗。另一個優點是，信號能量傳輸可以為近100%的效率，從而使低功耗隔離器成為可能。

??? 電感耦合技術的主要缺點是對外部磁場(噪聲)的磁化。工業應用通常要求磁場隔離，例如：馬達控制。數字變壓器傳輸中另一個缺點是數據運行長度。一個信號轉換器在某一頻率和振幅范圍內傳輸信號，并且其失真可以接受。需要數據運行長度限制或時鐘編碼來將該信號保持在可用變壓器帶寬內。采用電感耦合技術的通用數字隔離器要求信號處理隨同傳輸低頻率信號(1或0長字符)的方法共同對數字信號進行傳輸和重新構建。NVE公司/Avago(安華高)公司推出的Isoloop，以及ADI(美國模擬器件公司)推出的iCoupler均使用了編碼功能，并提供了支持從DC到100Mbps運行范圍的數字隔離解決方案。

??? ADuM1100是ADI推出的iCoupler技術的一個例子。 ADuM1100使用一個基本的變壓器來實現在一個隔離層上傳輸信息。這種Isoloop技術(例如：HCPL-0900)使用一個如圖7所示的電阻器網絡來替換次級線圈。該電阻器由GMR(巨磁電阻)材料組成，這樣當磁場發揮作用時該電阻會發生變化。電路感應電阻的變化，并滿足其條件，以用于輸出。這種技術被首次引入市場時就切實地提高了AC性能，超過了現有光耦合器的性能。現在，隨著ADI最近推出了更多的數字隔離器以及TI ISO72x系列器件的推出，這些Isoloop器件的性能已經被超越。

圖7：GMR結構圖。

??? 3.3 電容耦合技術

??? 電容耦合技術是在隔離層上采用一個不斷變化的電場傳輸信息。各電容器極板之間的材料是一個電介質隔離器，并形成隔離層。該極板尺寸、極板之間的間隔和電介質材料等都決定著電氣性能。

圖8：電容耦合。

??? 使用一個電容隔離層的好處是，在尺寸大小和能量傳輸方面的高效率，以及對磁場的抗擾度。前者使低功耗和低成本集成隔離電路成為可能；而后者使在飽和或高密度磁場環境下運行成為可能。

??? 電容耦合技術的缺點是其沒有差分信號和噪聲，并且信號共用相同的傳輸通道，這一點與變壓器不同。這就要求信號頻率要大大高于噪聲預期頻率，這樣隔離層電容就呈現出信號的低阻抗，以及噪聲的高阻抗。使用了電感耦合以后，電容耦合就不能傳輸穩定狀態信號，并需要時鐘編碼數據。

??? 3.3.1 TI推出的ISO721

??? TI推出的ISO72x系列隔離器采用電容耦合技術。電容耦合解決方案采用業經驗證的、低成本生產制造工藝，并對磁場具有內在的抗擾度。

??? 為了提供恒定信息的傳輸，ISO72x使用一個高信號速率和低信號速率通道來進行通信，如圖9所示。高信號速率通道未被編碼，并且其在一個單端到差分轉換之后的隔離層上傳輸數據。該低信號速率通道以一種脈寬調制格式對數據進行編碼，并在隔離層上差分傳輸數據，從而確保了恒定狀態的精確通信(1和0的長字符)。

??? 單端邏輯信號在隔離層上的差分傳輸允許使用低電平信號和小耦合電容。這就呈現出對共模噪聲的高阻抗，并且，通過接收機的共模噪聲抑制，帶來了優異的瞬態抗擾度，也即信號電容耦合需要解決的主要問題。

圖9：ISO72x與ISO72xM的結構圖。

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