完善资料让更多小伙伴认识你，还能领取20积分哦，立即完善>
标签 > 数字隔离器
数字隔离器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。
数字隔离器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。
数字隔离器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。
数字隔离器选型及应用经验谈
隔离器主要是用在隔离高压（危险电路）系统和低压（安全电路）系统之间的电气连接，以保护用户以及电路系统安全，以及隔离敏感电路（比如高精度检测电路）和噪声源（例如大功率开关电源）之间的连接，以减小噪声干扰。
隔离器的主要结构大致有四种： 一是传统光电耦合; 二是集成式变压器（磁耦合）;三是集成式电容耦合; 四是分立式变压器耦合。最常用的是光耦合器，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光检测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。它的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
多年来，工业、医疗和其他隔离系统的设计人员实现安全隔离的手段有限，唯一合理的选择是光耦合器。 随着近几年数据传输的速度不断提升，传统的光耦合器也暴露出一些缺点，例如，整个电路体积大，集成度不高，而且光电耦合器件本身具有易损耗、速度较慢（一般的数据速率低于1Mbps）、耗电量大等缺点，特别是在温度和老化变化过程中的性能极不稳定，为其应用带来局限，特别是在工业应用中这些问题就比较突出。为了克服光电隔离技术的诸多缺点，许多半导体公司开始研发不发光的隔离器解决方案。如今，数字隔离器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有优势。了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系，对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是：绝缘材料、结构和数据传输方法。
数字隔离器问世于10多年前，目的是降低光耦合器相关的不利影响。数字隔离器采用基于CMOS的电路，能够显著节省成本和功耗，同时大大提高数据速率。数字隔离器由上述要素界定。绝缘材料决定其固有的隔离能力，所选材料必须符合安全标准。结构和数据传输方法的选择应以克服上述不利影响为目的。所有三个要素必须互相配合以平衡设计目标，但有一个目标必须不折不扣地实现，那就是符合安全法规。
绝缘材料
数字隔离器采用晶圆CMOS工艺制造，仅限于常用的晶圆材料。非标准材料会使生产复杂化，导致可制造性变差且成本提高。常用的绝缘材料包括聚合物（如聚酰亚胺PI，它可以旋涂成薄膜）和二氧化硅（SiO2）。二者均具有众所周知的绝缘特性，并且已经在标准半导体工艺中使用多年。聚合物是许多光耦合器的基础，作为高压绝缘体具有悠久的历史。
图1. （a） 带厚聚酰亚胺绝缘层的变压器，电流脉冲产生磁场，在另一个线圈中感生电流;（b） 带薄SiO2绝缘层的电容，利用低电流电场将数据耦合到隔离栅的另一端。
表1. 基于聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提供最佳的隔离特性
安全标准通常规定1分钟耐压额定值（典型值2.5 kV rms至5 kV rms）和工作电压（典型值125 V rms至400 V rms）。某些标准也会规定更短的持续时间、更高的电压（如10 kV峰值并持续50 μs）作为增强绝缘认证的一部分要求。基于聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提高最佳的隔离特性，如表1所示。
基于聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器相似，在典型工作电压时寿命更长。基于SiO2的隔离器对浪涌的防护能力相对较弱，不能用于医疗和其他应用。
各种薄膜的固有应力也不相同。聚酰亚胺薄膜的应力低于SiO2薄膜，可以根据需要增加厚度。SiO2薄膜的厚度有限，因而隔离能力也会受限;超过15 μm时，应力可能会导致晶圆在加工过程中开裂，或者在使用期间分层。基于聚酰亚胺的数字隔离器可以使用厚达26 μm的隔离层。
隔离器结构
数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端，光耦合器则是使用LED光。
如图1所示，变压器电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，从而在另一个线圈生成感应电流。电流脉冲很短（1 ns），因此平均电流很低。
变压采用差分连接，提供高达100 kV/μs的出色共模瞬变抗扰度（光耦合器通常约为15 kV/μs）。磁性耦合对变压器线圈间距离的依赖性也弱于容性耦合对板间距离的依赖性，因此，变压变压器线圈之间的绝缘层可以更厚，从而获得更高的隔离能力。结合聚酰亚胺薄膜的低应力特性，使用聚酰亚胺的变压器比使用SiO2的电容更容易实现高级隔离性能。
电容为单端连接，更容易受共模瞬变影响。虽然可以用差分电容对来弥补，但这会增大尺寸并提高成本。
电容的优势之一是它使用低电流来产生耦合电场。当数据速率较高时（25 Mbps以上），这一优势就相当明显。
数据传输方法
光耦合器使用LED发出的光将数据传输到隔离栅的另一端：LED点亮时表示逻辑高电平，熄灭时表示逻辑低电平。当LED点亮时，光耦合器需要消耗电能;对于关注功耗的应用，光耦合器不是一个好的选择。多数光耦合器将输入端和/或输出端的信号调理留给设计人员实现，而这并不一定是非常简单的工作。
数字隔离器使用更先进的电路来编码和解码数据，支持更快的数据传输速度，能够处理USB和I2C等复杂的双向接口。
一种方法是将上升沿和下降沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器（图2）。这些脉冲在副边解码为上升沿或下降沿。这种方法的功耗比光耦合器低10倍到100倍，因为不像光耦合器，电源无需连续提供给器件。器件中可以包括刷新电路，以便定期更新直流电平。
图2. 一种数据传输方法是将边沿编码为单脉冲或双脉冲
另一种方法是使用RF调制信号，其使用方式与光耦合器使用光的方式非常相似，逻辑高电平信号将引起连续RF传输。这种方法的功耗高于脉冲方法，因为逻辑高电平信号需要持续消耗电能。
也可以采用差分技术来提供共模抑制，不过，这些技术最好配合变压器等差分元件使用。
选择正确的组合
数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所无法比拟的巨大优势。在数字隔离器领域，不同的绝缘材料、结构和数据传输方法组合造就不同的产品，而不同的产品适合不同的具体应用。如上所述，基于聚合物的材料提供最鲁棒的隔离能力，这种材料几乎适合所有应用，但医疗保健和重工业设备等要求最严格的应用受益最大。为了实现最鲁棒的隔离，聚酰亚胺厚度可以超过对电容而言的合理厚度;因此，基于电容的隔离最适合不需要安全隔离的功能隔离应用。在这种情况下，基于变压器的隔离可能是最合理的，特别是结合差分数据传输方法，以便充分利用变压器的差分特性。
数字隔离器优势之剖析
数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所无法比拟的巨大优势。
多年来，工业、医疗和其他隔离系统的设计人员实现安全隔离的手段有限，唯一合理的选择是光耦合器。如今，数字隔离器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有优势。了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系，对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是：绝缘材料、结构和数据传输方法。
设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。
传统隔离器--光耦合器则会带来非常大的不利影响，功耗极高，而且数据速率低于1 Mbps.虽然存在更高效率和更高速度的光耦合器，但其成本也更高。
数字隔离器问世于10多年前，目的是降低光耦合器相关的不利影响。数字隔离器采用基于CMOS的电路，能够显着节省成本和功耗，同时大大提高数据速率。数字隔离器由上述要素界定。绝缘材料决定其固有的隔离能力，所选材料必须符合安全标准。结构和数据传输方法的选择应以克服上述不利影响为目的。所有三个要素必须互相配合以平衡设计目标，但有一个目标必须不折不扣地实现，那就是符合安全法规。
绝缘材料
数字隔离器采用晶圆CMOS工艺制造，仅限于常用的晶圆材料。非标准材料会使生产复杂化，导致可制造性变差且成本提高。常用的绝缘材料包括聚合物（如聚酰亚胺PI，它可以旋涂成薄膜）和二氧化硅（SiO2）。二者均具有众所周知的绝缘特性，并且已经在标准半导体工艺中使用多年。聚合物是许多光耦合器的基础，作为高压绝缘体具有悠久的历史。
图1. （a） 带厚聚酰亚胺绝缘层的变压器，电流脉冲产生磁场，在另一个线圈中感生电流；（b） 带薄SiO2绝缘层的电容，利用低电流电场将数据耦合到隔离栅的另一端。
表1. 基于聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提供最佳的隔离特性
安全标准通常规定1分钟耐压额定值（典型值2.5 kV rms至5 kV rms）和工作电压（典型值125 V rms至400 V rms）。某些标准也会规定更短的持续时间、更高的电压（如10 kV峰值并持续50 μs）作为增强绝缘认证的一部分要求。基于聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提高最佳的隔离特性，如表1所示。
基于聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器相似，在典型工作电压时寿命更长。基于SiO2的隔离器对浪涌的防护能力相对较弱，不能用于医疗和其他应用。
各种薄膜的固有应力也不相同。聚酰亚胺薄膜的应力低于SiO2薄膜，可以根据需要增加厚度。SiO2薄膜的厚度有限，因而隔离能力也会受限；超过15 μm时，应力可能会导致晶圆在加工过程中开裂，或者在使用期间分层。基于聚酰亚胺的数字隔离器可以使用厚达26 μm的隔离层。
隔离器结构
数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端，光耦合器则是使用LED光。
如图1所示，变压器电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，从而在另一个线圈生成感应电流。电流脉冲很短（1 ns），因此平均电流很低。
变压采用差分连接，提供高达100 kV/μs的出色共模瞬变抗扰度（光耦合器通常约为15 kV/μs）。磁性耦合对变压器线圈间距离的依赖性也弱于容性耦合对板间距离的依赖性，因此，变压变压器线圈之间的绝缘层可以更厚，从而获得更高的隔离能力。结合聚酰亚胺薄膜的低应力特性，使用聚酰亚胺的变压器比使用SiO2的电容更容易实现高级隔离性能。
电容为单端连接，更容易受共模瞬变影响。虽然可以用差分电容对来弥补，但这会增大尺寸并提高成本。
电容的优势之一是它使用低电流来产生耦合电场。当数据速率较高时（25 Mbps以上），这一优势就相当明显。
数据传输方法
光耦合器使用LED发出的光将数据传输到隔离栅的另一端：LED点亮时表示逻辑高电平，熄灭时表示逻辑低电平。当LED点亮时，光耦合器需要消耗电能；对于关注功耗的应用，光耦合器不是一个好的选择。多数光耦合器将输入端和/或输出端的信号调理留给设计人员实现，而这并不一定是非常简单的工作。
数字隔离器使用更先进的电路来编码和解码数据，支持更快的数据传输速度，能够处理USB和I2C等复杂的双向接口。
一种方法是将上升沿和下降沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器（图2）。这些脉冲在副边解码为上升沿或下降沿。这种方法的功耗比光耦合器低10倍到100倍，因为不像光耦合器，电源无需连续提供给器件。器件中可以包括刷新电路，以便定期更新直流电平。
图2. 一种数据传输方法是将边沿编码为单脉冲或双脉冲
另一种方法是使用RF调制信号，其使用方式与光耦合器使用光的方式非常相似，逻辑高电平信号将引起连续RF传输。这种方法的功耗高于脉冲方法，因为逻辑高电平信号需要持续消耗电能。
也可以采用差分技术来提供共模抑制，不过，这些技术最好配合变压器等差分元件使用。
选择正确的组合
数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所无法比拟的巨大优势。在数字隔离器领域，不同的绝缘材料、结构和数据传输方法组合造就不同的产品，而不同的产品适合不同的具体应用。如上所述，基于聚合物的材料提供最鲁棒的隔离能力，这种材料几乎适合所有应用，但医疗保健和重工业设备等要求最严格的应用受益最大。为了实现最鲁棒的隔离，聚酰亚胺厚度可以超过对电容而言的合理厚度；因此，基于电容的隔离最适合不需要安全隔离的功能隔离应用。在这种情况下，基于变压器的隔离可能是最合理的，特别是结合差分数据传输方法，以便充分利用变压器的差分特性。
华普微凭借高集成、低功耗、高速率的数字隔离器，满足大功率电气系统安全隔离需求，推动行业智能化发展。
Texas Instruments ISO7741Tx-Q1 4通道增强型数字隔离器数据手册
Texas Instruments ISO7741Tx-Q1四通道增强型数字隔离器是一种等级1的高性能隔离器，带有集成变压器驱动器，隔离等级为5000V...
Texas Instruments ISO6163六通道3/3数字隔离器数据手册
Texas Instruments ISO6163六通道3/3数字隔离器是高性能数字隔离器，设计用于需要高达~5000VRMS~ 隔离等级（符合UL 1...
Analog Devices Inc. MAX22290和MAX22291双通道数字隔离器数据手册
Analog Devices MAX22290和MAX22291双通道数字隔离器采用专有工艺技术，是一系列快速的低功耗数字电流隔离器。所有器件均具有增强...
Analog Devices / Maxim Integrated MAX22517电流隔离数字隔离器数据手册
Analog Devices MAX22517双通道数字隔离器采用专有工艺技术，具有集成的现场侧电源。现场侧电源由逻辑侧通过集成的隔离式DC-DC转换器...
Analog Devices / Maxim Integrated MAX22519数字隔离器特性/功能图/应用图
Analog Devices MAX22519数字隔离器是一款双通道数字电流隔离器，集成了现场侧电源。当现场侧的电源需求较小时，这种方案将不再需要使用外...
Analog Devices / Maxim Integrated MAX22420/MAX22421评估套件数据手册
Analog Devices MAX22420/MAX22421评估套件提供经过验证的设计，用于评估MAX22420/1和MAX22820/1超低功耗、...
Analog Devices / Maxim Integrated MAX22420/1和MAX22820/1双通道数字隔离器数据手册
Analog Devices MAX22420/1和MAX22820/1双通道数字隔离器采用Analog Devices的专用工艺技术，是一款增强型超低...
Analog Devices Inc. ADuM3165与ADuM3166 RMS数字隔离器数据手册
Analog Devices Inc. ADuM3165与ADuM3166 RMS数字隔离器是一款采用ADI iCoupler ^?^ 技术的USB2....
Analog Devices Inc. ADuM340E/ADuM341E/ADuM342E四通道数字隔离器数据手册
Analog Devices ADuM340E/ADuM341E/ADuM342E 5.7kV~RMS~ 四通道数字隔离器基于iCoupler^?^ 技...
补贴退坡、平价上网，数字隔离器如何守护更高功率的光伏逆变器？
2025年年初，在国家发改委和国家能源局联合发布的《关于深化新能源上网电价市场化改革促进新能源高质量发展的通知》（〔2025〕136号文件）中有明确规定...
随着全球绿色低碳和可持续发展的推进，我国新能源汽车充电基础设施建设加速。截至2025年5月，我国累计充电基础设施数量为1440万台，同比增长45.1%。...
在电子设备里，不同电压的电路就像住在同一栋楼却互不往来的邻居，为了让它们能安全 “交流”，就需要隔离技术来帮忙。如今，数字隔离器和传统隔离技术之间的竞争...
2025-06-27 标签：数字隔离器 150 0
随着现代社会生活节奏的不断加速，人们对于属于自己的休闲时间愈发珍视，而智能家居作为提升人类居家幸福感与舒适度的现代化产物，不仅能有效满足人们对高品质生活...
东芝电子元件及存储装置株式会社（“东芝”）今日宣布，最新推出一系列面向车载应用的双通道高速标准数字隔离器——“DCM32xx00系列”。该系列有四款器件...
展望未来，随着户用光储系统向更高电压等级、更高功率密度和更深度智能化等方向持续演进，数字隔离器作为其实现高低压之间电气隔离与系统安全运行的重要手段，亦将...
在光伏、储能、充电桩与工业自动化等涉及人机交互和高低压混合的电气系统中，数字隔离器主要用于隔离高压电气到低压控制系统的传导路径，阻断高压浪涌与短路漏电等...
在工业自动化领域中，PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分布式控制系统）是两种最为常见的控制技术。它们凭借着高可靠性、高灵活性与高自动化程度等显著优势，...
展望未来，在追求产业能效升级与绿色化、智能化发展的双重驱动下，华普微数字隔离器将继续以 “安全” 与 “高效” 为核心，持续助力AC-DC数字电源向更精...
纳芯微推出高性价比、EMI优化的第三代车规级数字隔离器NSI83xx系列
凭借在隔离领域近10年的深耕细作， 纳芯微 今日宣布推出基于电容隔离技术的第三代车规级数字隔离器NSI83xx系列，相比前代NSI82xx系列，新器件重...
换一批
编辑推荐厂商产品技术软件/工具OS/语言教程专题
| 电机控制 | DSP | 氮化镓 | 功率放大器 | ChatGPT | 自动驾驶 | TI | 瑞萨电子 |
| BLDC | PLC | 碳化硅 | 二极管 | OpenAI | 元宇宙 | 安森美 | ADI |
| 无刷电机 | FOC | IGBT | 逆变器 | 文心一言 | 5G | 英飞凌 | 罗姆 |
| 直流电机 | PID | MOSFET | 传感器 | 人工智能 | 物联网 | NXP | 赛灵思 |
| 步进电机 | SPWM | 充电桩 | IPM | 机器视觉 | 无人机 | 三菱电机 | ST |
| 伺服电机 | SVPWM | 光伏发电 | UPS | AR | 智能电网 | 国民技术 | Microchip |
| 开关电源 | 步进电机 | 无线充电 | LabVIEW | EMC | PLC | OLED | 单片机 |
| 5G | m2m | DSP | MCU | ASIC | CPU | ROM | DRAM |
| NB-IoT | LoRa | Zigbee | NFC | 蓝牙 | RFID | Wi-Fi | SIGFOX |
| Type-C | USB | 以太网 | 仿真器 | RISC | RAM | 寄存器 | GPU |
| 语音识别 | 万用表 | CPLD | 耦合 | 电路仿真 | 电容滤波 | 保护电路 | 看门狗 |
| CAN | CSI | DSI | DVI | Ethernet | HDMI | I2C | RS-485 |
| SDI | nas | DMA | HomeKit | 阈值电压 | UART | 机器学习 | TensorFlow |
| Arduino | BeagleBone | 树莓派 | STM32 | MSP430 | EFM32 | ARM mbed | EDA |
| 示波器 | LPC | imx8 | PSoC | Altium Designer | Allegro | Mentor | Pads |
| OrCAD | Cadence | AutoCAD | abg欧博DFM | Keil | MATLAB | MPLAB | Quartus |
| C++ | Java | Python | JavaScript | node.js | RISC-V | verilog | Tensorflow |
| Android | iOS | linux | RTOS | FreeRTOS | LiteOS | RT-THread | uCOS |
| DuerOS | Brillo | Windows11 | HarmonyOS |
关注我们的微信
下载发烧友APP
电子发烧友观察
版权所有 ? 湖南abg欧博数字科技有限公司
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层（0731-88081133）
电子发烧友 （电路图） 湘公网安备43011202000918
工商网监
湘ICP备2023018690号-1
