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四十多年来，光耦合器一直是无可争议的信号隔离解决方案，但采用互补金属氧化物半导体 (CMOS) 工艺技术制造的数字隔离器因其m6体育的性能、可靠性和集成度而在设计界获得青睐。 本白皮书解释了数字光耦合器和数字 CMOS 隔离器的基础技术，并进行了性能和可靠性比较。
数字光耦合器和 CMOS 数字隔离器基础知识
数字光耦合器有多种版本，从价格几美分的 4 引脚器件到昂贵的高速器件。 最流行、价格适中的光耦合器通常是基于 8 引脚 LED 的器件，需要输出侧偏置电压并使用输入侧电流来控制输出状态。 参考图 1，大多数光耦合器由发光二极管 (LED)、光电检测器和输出驱动器（通常是晶体管或缓冲器）组成。 流过 LED 的电流会导致发射光照射光电检测器，从而产生从 VDD 流向输出设备基极的电流，从而将输出驱动为低电平。 相反，没有 LED 电流会抑制电流流向输出设备，从而导致输出逻辑高电平。
图 2A 显示了单通道光耦合器的 X 射线视图，其中 LED 和光电耦合器芯片连接到由物理间隙隔开的分离式引线框架（通过绝缘的距离 [DTI] 80 µM 到 1,000 µM LED 和 光接收器芯片）和一个透明的绝缘屏蔽。 最近的光耦合器封装还包括添加硅填料（参见图 3）。 光耦合器采用砷化镓 (GaAs) 工艺技术制造，该工艺技术因随温度变化的宽参数变化、高输入电流、相对较短的时间相关器件击穿 (TDDB) 和固有磨损机制而臭名昭著。
CMOS 数字隔离器的基本工作原理有点类似于光耦合器，只是输出逻辑状态控制取决于是否存在高频 (HF) 载波而不是光。 图 2B 显示了 150 Mbps 六通道 CMOS 数字隔离器的芯片配置和键合。基础隔离器芯片的设计和制造使得将两个相同的芯片引线键合在一起（图 2B）形成由差分分离器分离的发送器和接收器 电容隔离屏障，如图 1B 所示。 隔离器输出状态由输入逻辑电平或输入电流（类似于光耦合器）决定，具体取决于部件号。
任何数字隔离器的核心都是能够安全承受所施加高压应力的隔离栅。 光耦合器隔离屏障依赖于物理间隙（即穿过绝缘体或 DTI 的距离）、聚酰亚胺胶带、硅填料和用于绝缘的塑料模塑料的组合（参见图 3）。 这种混合方法不仅增加了光耦合器集成的难度，而且增加了制造复杂性，从而增加了成本和可靠性。 也就是说，许多国际标准仍然基于光耦合器 DTI 指定隔离栅要求。 幸运的是，无论设备实施如何，标准机构的测试都是基于屏障耐受电压。 有关绝缘材料及其对隔离性能影响的讨论，请参阅本文档中的第 4.0 节。
CMOS 结构和对设计的认真关注使 CMOS 数字隔离器能够实现更高程度的性能、可靠性和易用性，这主要得益于以下关键支持技术：
•替代GaAs的主流、低功耗CMOS工艺技术：CMOS是目前性能最高、最可靠、最具成本效益的工艺技术。 与光耦合器中使用的砷化镓工艺相比，采用 CMOS 制造的器件具有出色的时序、集成度、操作稳定性和可靠性特性。
•高频载波调制而不是光：精确的高频载波和窄接收器通带的结合提供了严格的频率识别，以实现出色的噪声抑制，从而提高数据完整性。
•全差分隔离路径而不是单端：光耦合器是单端器件，会受到 CMT 扰动，而 CMOS 数字隔离器的差分信号路径和高接收器选择性可提供高达 50 kV/µS 的共模瞬态高抑制 ，外部射频场抗扰度高达 300 V/m，磁场抗扰度超过 1000 A/m。
•专有的 EMI 设计技术：CMOS 数字隔离器符合 FCC Part B 的传导和辐射 EMI 发射标准。 有关 CMOS 隔离器辐射、敏感性和可靠性与光耦合器的更多信息，请参阅 Silicon Labs 白皮书“工业应用中的 CMOS 隔离器取代光耦合器”。
2.1隔离器要求：
隔离器参数要求由终端应用决定，设计师倾向于强调某些隔离器参数的重要性。例如，在嘈杂的工业环境m6体育作的隔离器可能会导致设计师优先考虑高共模瞬态抗扰度（CMTI）而不是低功率操作，而高精度ADC应用可能会导致设计师优先考虑低抖动而不是脉宽失真，等等。简而言之，许多应用程序最关心的只是几个关键隔离器参数，设计师通常会独立验证这些参数，以确保它们满足系统要求。表1列出了更常见的隔离器参数及其定义，以供参考。