高速單通道光模擬器ISOM871x：性能卓越的數(shù)字信號(hào)隔離解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字信號(hào)的隔離處理至關(guān)重要，它不僅能保護(hù)電路免受干擾，還能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的ISOM871x系列高速單通道光模擬器，看看它是如何在數(shù)字信號(hào)隔離方面展現(xiàn)出卓越性能的。

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一、ISOM871x概述

ISOM871x系列包括ISOM8710和ISOM8711兩款產(chǎn)品，它們是單通道光模擬器，能夠?yàn)楦哌_(dá)25Mbps的數(shù)據(jù)速率的數(shù)字信號(hào)提供隔離功能。該系列產(chǎn)品與傳統(tǒng)光耦合器引腳兼容，可以直接替換，這意味著在不進(jìn)行PCB重新設(shè)計(jì)的情況下，就能對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)，大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性和效率。

與標(biāo)準(zhǔn)光耦合器使用LED作為輸入級(jí)不同，ISOM871x采用了模擬二極管作為輸入級(jí)，輸入級(jí)通過TI專有的基于二氧化硅（SiO?）的隔離屏障與驅(qū)動(dòng)級(jí)隔離，這種隔離屏障不僅提供了強(qiáng)大的隔離性能，還具有一流的共模瞬態(tài)抗擾度。

二、產(chǎn)品特性

2.1 引腳兼容與輸出選項(xiàng)

ISOM871x可以直接替代許多傳統(tǒng)光耦合器，其輸出有兩種選項(xiàng)：ISOM8710為CMOS輸出，ISOM8711為開集電極輸出，能滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.2 寬電源范圍與高速數(shù)據(jù)傳輸

其電源電壓（VCC）范圍為2.7V至5.5V，具有較寬的適應(yīng)性。數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)25Mbps，最大傳播延遲為52ns，最大脈沖寬度失真為17ns，最大傳播延遲偏差為15ns，能夠保證高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 強(qiáng)大的隔離性能

隔離等級(jí)高達(dá)3750VRMS，工作電壓為500VRMS，浪涌能力高達(dá)10kV，最小瞬態(tài)抗擾度為±125kV/μs，能夠有效隔離不同電路之間的電氣干擾，保護(hù)設(shè)備安全。

2.4 寬溫度范圍與小封裝

工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。采用小型SOIC - 5封裝，節(jié)省了電路板空間。

2.5 安全認(rèn)證

通過了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如UL 1577認(rèn)可（3750VRMS隔離）、DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）符合VDE標(biāo)準(zhǔn)、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1以及CQC GB 4943.1等，為產(chǎn)品的安全性提供了可靠保障。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

ISOM871x的高性能和可靠性使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• 電源供應(yīng)：確保電源電路與其他電路之間的隔離，提高電源的穩(wěn)定性和安全性。
• 電網(wǎng)與電表：在電網(wǎng)監(jiān)測和電表計(jì)量中，有效隔離信號(hào)，防止干擾。
• 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路免受外界干擾，提高電機(jī)控制的精度。
• 工廠自動(dòng)化與控制：實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)中不同模塊之間的信號(hào)隔離，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 樓宇自動(dòng)化：在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，隔離不同設(shè)備之間的信號(hào)，提高系統(tǒng)的可靠性。
• 照明與家電：為照明和家電設(shè)備提供可靠的信號(hào)隔離，延長設(shè)備使用壽命。

四、詳細(xì)設(shè)計(jì)與參數(shù)

4.1 引腳配置與功能

4.2 規(guī)格參數(shù)

4.2.1 絕對(duì)最大額定值

在工作結(jié)溫范圍內(nèi)，各參數(shù)的絕對(duì)最大額定值如下：

• 電源電壓（VCC）： -0.3V至6V
• 輸入反向電壓（VR）：5V
• 輸出集電極電壓（ISOM8711）： -0.3V至VCC + 0.5V
• 輸入正向電流（IF）：25mA
• 峰值瞬態(tài)輸入電流（IFT）：1A
• 輸出電流（ISOM8710）： -15mA至15mA
• 輸出集電極電流（ISOM8711）：50mA
• 輸入功率耗散（PDI）：75mW
• 輸出集電極功率耗散（ISOM8711）：85mW
• 工作結(jié)溫（TJ）：150°C
• 存儲(chǔ)溫度（Tstg）： -65°C至150°C

需要注意的是，超出絕對(duì)最大額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

4.2.2 ESD額定值

• 人體模型（HBM）：±2000V
• 帶電設(shè)備模型（CDM）：±1500V

4.2.3 推薦工作條件

• 電源電壓（VCC）：2.7V至5.5V
• 輸入關(guān)態(tài)電壓（VF(OFF)）：0V至0.8V
• 輸入開態(tài)正向電流（IF(ON)）：2mA至20mA
• 輸入關(guān)態(tài)正向電流（IF(OFF)）：0mA至250μA
• 高態(tài)輸出電流（IOH）： -4mA
• 低態(tài)輸出電流（ISOM8710）：4mA
• 低態(tài)開集電極灌電流（ISOM8711）：13mA
• 數(shù)據(jù)速率：根據(jù)輸入正向電流不同而有所變化，在不同電流范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)0至25Mbps的數(shù)據(jù)速率
• 結(jié)溫（TJ）： -40°C至130°C
• 環(huán)境溫度（TA）： -40°C至125°C

4.2.4 熱信息

4.2.5 功率額定值

4.2.6 絕緣規(guī)格

ISOM871x的絕緣性能出色，各項(xiàng)絕緣參數(shù)如下：

• 外部爬電距離（CPG）：大于5mm
• 外部電氣間隙（CLR）：大于5mm
• 絕緣距離（DTI）：大于17μm
• 相比漏電起痕指數(shù)（CTI）：大于400V
• 材料組：II
• 額定電源電壓不同時(shí)的過電壓類別：根據(jù)不同額定電源電壓有不同的過電壓類別要求
• 最大重復(fù)峰值隔離電壓（VIORM）：707VPK
• 最大隔離工作電壓（VIOWM）：500VRMS（交流），707VDC（直流）
• 最大瞬態(tài)隔離電壓（VIOTM）：5303VPK
• 最大脈沖電壓（VIMP）：7200VPK
• 最大浪涌隔離電壓（VIOSM）：10000VPK
• 表觀電荷（qpd）：小于等于5pC
• 輸入到輸出的屏障電容（CIO）：1pF
• 輸入到輸出的絕緣電阻（RIO）：在不同條件下有不同要求，如VIO = 500V，TA = 25°C時(shí)大于1012Ω

4.2.7 安全相關(guān)認(rèn)證

通過了VDE、CSA、UL、CQC、TUV等多項(xiàng)安全認(rèn)證，具體認(rèn)證信息可參考文檔。

4.2.8 安全限制值

為了最小化輸入或輸出電路故障時(shí)對(duì)隔離屏障的潛在損壞，規(guī)定了安全限制值，如安全輸入、輸出或電源電流（IS）、安全輸入、輸出或總功率（PS）以及最大安全溫度（TS）等，這些參數(shù)會(huì)根據(jù)不同的測試條件而有所變化。

4.2.9 電氣特性 - DC

4.2.10 開關(guān)特性

ISOM8710開關(guān)特性

ISOM8711開關(guān)特性

4.3 典型特性曲線

文檔中給出了多個(gè)典型特性曲線，如輸入閾值電流與環(huán)境溫度的關(guān)系、輸出電壓與輸入正向電流的關(guān)系、低電平輸出電壓與環(huán)境溫度的關(guān)系、輸出電源電流與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系、傳播延遲時(shí)間與環(huán)境溫度的關(guān)系、脈沖寬度失真與環(huán)境溫度和電源電壓的關(guān)系等，這些曲線有助于工程師更好地了解ISOM871x在不同條件下的性能表現(xiàn)。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

ISOM871x使用開關(guān)鍵控調(diào)制來跨隔離屏障傳輸數(shù)據(jù)，由于隔離屏障將設(shè)備的兩側(cè)分開，每側(cè)可以在推薦工作條件內(nèi)獨(dú)立供電和提供電流。它還可以用作電流 - 電壓轉(zhuǎn)換器或電壓電平轉(zhuǎn)換器，適用于隔離單端數(shù)字信號(hào)線。通常，像ISOM871x這樣的隔離設(shè)備會(huì)放置在數(shù)據(jù)控制器（如MCU或FPGA）與傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或線路收發(fā)器之間。

5.2 典型應(yīng)用示例

以工業(yè)應(yīng)用為例，ISOM871x可以與德州儀器的混合信號(hào)微控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、變壓器驅(qū)動(dòng)器、CAN收發(fā)器、緩沖器和電壓調(diào)節(jié)器一起使用，創(chuàng)建一個(gè)隔離的CAN通信系統(tǒng)。通過替換不同的組件，還可以創(chuàng)建隔離的RS - 485、UART、SPI、GPIO等信號(hào)通信系統(tǒng)，此外，還可以用于隔離推薦工作條件內(nèi)的其他信號(hào)，如PWM電源反饋信號(hào)。

5.3 設(shè)計(jì)要求與詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

5.3.1 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的參數(shù)如下： |