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自20世纪60年代末以来，光耦以各种形式存在，并在许多不同的应用中得到应用。由于光耦存在大量技术问题，用户群体被迫通过添加外部组件来解决光耦的问题。由于没有一个能够立即解决隔离功能的优秀解决方案，光耦合器一直被设计界视为“足够好”
但是，时代在变。许多终端应用对性能和可靠性的要求超出了光耦的能力。例如，基于发光二极管（LED）的光耦中的磨损和老化效应通常会将设备寿命限制在10年左右，这给想要开发保修期超过20年的产品的工业系统设计师带来了问题。工业应用，如太阳能逆变器、开关电源（SMP）、工业驱动器、可编程逻辑控制器（PLC）和高压医疗设备，现在需要更坚固的隔离装置，具有更高的性能、可靠性和集成度，这些都不是古老的光耦所能提供的。虽然先进的CMOS隔离器件已经上市10多年，但它们的封装和引脚输出配置通常需要对设计者的印刷电路板（PCB）布局进行重大更改，从而增加了设计风险和系统成本。
21世纪光耦的替代品
开发人员早就认识到光耦是基于过时的技术，直到最近才有了经济高效且易于使用的替代品。这些先进的封装式和夹装式光电耦合器替换件提供了更高的性能和可靠性，而无需承担光电耦合器的任何技术责任。
例如，Silicon Labs的Si87xx数字隔离器直接取代6针和8针光耦，适用于光耦改造和新系统设计。它们直接连接到现有的外部光耦输入电路，包括反向偏置光耦输入LED的电路。这些设备使用基于CMOS的隔离结构，其可靠性是光耦的十倍，使制造商能够支持更长的最终产品保修期，并降低与维修或更换相关的成本。此外，由于工程师不再需要考虑光耦老化的影响，设备的工作参数在电压和温度之间变化很小，从而简化了系统设计。
图1显示了Si87xx设备的双模结构，其中二极管仿真器、高频发射器和电流隔离器位于输入侧模上，电流隔离器、接收器和输出开关位于输出侧模上。该设备的工作原理很简单：二极管模拟器模拟光耦LED的行为，以便能够使用现有的外部光耦输入侧电路进行改装。当阳极电流达到或高于其逻辑高阈值时，二极管模拟器激活发射器，使发射器将高频载波传播到输出侧接收器。当检测到足够的带内能量时，接收器将输出引脚驱动至低位。相反，低于其逻辑高阈值的阳极电流会禁用发射器，导致接收器禁用上拉电阻器拉高的输出驱动器。
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最新一代CMOS隔离器支持高达5 kV的隔离额定值，符合IEC 60747-5-2，包括符合IEC 60065的10 kV浪涌保护。这些新一代隔离器还满足IEC 60950-1、61010-1、60601-1（加强绝缘）的要求，工作电压高达1200V。Si87xx系列等数字隔离器的强度和可靠性使其能够在广泛的终端应用中使用，同时能够承受连续60多年的最恶劣电气环境和-40ºC至+125ºC的温度范围。
隔离器输入电流阈值决定了打开或关闭隔离器所需的输入电流量（图2）。这些阈值的准确性和稳定性很重要，但数字光耦的阈值不明确或与温度有关，这会造成逻辑错误，迫使设计师增加时序裕度，从而降低系统吞吐量。输入阈值要求也因最终应用程序而异。例如，与噪声环境中的应用相比，低功率应用需要更低的输入电流阈值，噪声环境要求高共模瞬态抗扰度（CMTI）。
Si87xx隔离器提供不同的输入电流阈值选项：A级设备的保证导通阈值为1.2 mA，B级设备的保证导通阈值为2.3 mA。这些输入电流阈值在各个单元之间以及过压、电流和温度之间保持稳定。精确的电流阈值保证了这些隔离器的开启或关闭，无需指定电流传输比（CTR）及其相关的温度依赖性。
在共模瞬态（CMT）事件期间，光耦合器内固有的寄生耦合通常会导致数据错误。直到最近，设计人员还被迫添加外部组件，如短路开关，以在瞬态期间保持LED的正常状态，或者以降低m6体育为代价大幅增加输入电流。虽然Si87xx隔离器也有内部寄生耦合，但它们的量级比最好的光耦低2到3倍。这种减少的内部寄生耦合导致更高的CMTI，这意味着需要更高、更快的CMT事件来干扰Si87xx设备并导致数据错误。
Figure 3. Positive-Going CMTI Event Comparison
许多设计师在Vo引脚到接地的输出端添加负载电容器，以消除输出故障。虽然这项技术已经被证明是有效的，但它有增加传播时间的副作用，降低隔离器的输出dv/dt，并在RL和CL的值之间建立相互依赖关系。m6体育CMOS数字隔离器要么开启，要么关闭，因此不需要输出滤波器及其对定时的相关负面影响。
多年来，设计师们发现了光耦的不足之处，并对各种外部组件进行了修复。光耦制造商也越来越了解客户的需求，并发布了许多补救措施来弥补光耦的缺点。相比之下，设计用于取代光耦的下一代数字隔离器更直观、更易于使用，通常不需要与基于光耦的设计相关的外部组件修复。
表1显示了一组用于改善光耦和Si87xx CMOS数字隔离器的CMTI和传播时间的解决方案。请注意，Si87xx设备不受几个光耦问题的影响，并且几乎完全依赖于RF和/或RL值的调整或B级（更高阈值）设备的使用。
光耦解决方案包括额外的外部晶体管、二极管或峰值电容器，以及RF和/或RL和CLoad的调整。表2总结了光耦和Si87xx数字隔离器之间的高级差异。
总结
引脚兼容的数字隔离器提供了一个理想的升级解决方案，以取代过时的光耦。先进的光耦替代品，如Si87xx数字隔离器，现在可用于替代6针和8针光耦，直接连接到现有的外部光耦输入电路，包括反向偏置阳极输入的设计。这些光耦替代品在新应用和改装应用中都很有用，可靠性比光耦高10倍以上，耗电更少，并且提供更快、更均匀的计时性能。简单地说，m6体育光耦合器的性能和可靠性无法与最新一代CMOS隔离器相媲美。