數(shù)字隔離器替換光耦過程中有哪些注意點？

數(shù)字隔離器相比光耦合器在性能上有諸多優(yōu)勢，如壽命長，沒有溫漂，性能一致性好，集成度高等。隨著國產(chǎn)數(shù)字隔離器的興起和隔離器價格的降低，數(shù)字隔離器替換光耦的趨勢將愈演愈烈。但數(shù)字隔離器相比光耦合器在應(yīng)用中，有一些差異性的地方。本文主要討論數(shù)字隔離器和光耦合器的差異點，以便更好地使用數(shù)字隔離器。

1、數(shù)字隔離器與光耦合器輸入輸出電路設(shè)計注意點

光耦合器的輸入端為二極管輸入，當(dāng)二極管的陽極和陰極之間的電流超過閾值電流，二極管開啟，這樣把信號從一端傳輸?shù)搅硪欢?。光耦的輸?a class="article-link" target="_blank" href="/design/">電路設(shè)計中，一般采用添加限流電阻的方式實現(xiàn)。如果在一些對傳輸速率要求比較高的場合，還需要加一級推挽電路，增加二極管的驅(qū)動電流，解決由于光耦溫漂和光衰帶來的全溫度范圍和全生命周期信號傳輸可靠性問題。

對于數(shù)字隔離器而言，通過判斷輸入端的電壓大小來辨別高低電平，只要幾十個uA的電流就可以驅(qū)動。例如5V的信號，即使串聯(lián)100K的電阻，有50uA的電流，已經(jīng)足以讓隔離器通過電壓判別高低電平。這里判別高低電平的方式一般有兩種，一種是TTL電平，一種是CMOS電平。TTL電平可以保證2.0V以上輸入為高電平，0.8V以下輸入為低電平；CMOS電平可以保證0.7VDD以上輸入是高電平，0.3VDD以下輸入為低電平。

在輸入電路設(shè)計中，如果輸入的信號是開漏信號，不論是光耦還是數(shù)字隔離器都需要添加上拉電阻以提供高電平，上拉電阻和通訊速率相關(guān)，速率要求比較高的場合，一般上拉電阻盡量小。差異在于光耦通過判別二極管電流大小判別高低電平，而數(shù)字隔離器通過輸入信號電壓大小判別高低電平。

絕大部分光耦合器輸出為開漏輸出，需要添加上拉電阻提供高電平。數(shù)字隔離器輸出為推挽輸出，如圖1所示。輸出電阻為50歐姆左右，因此不需要上拉電阻，如果添加上拉電阻，建議上拉電阻至少在500歐姆以上。例如，上拉電阻為500歐姆，因為隔離器輸出電阻在50歐姆左右，因此，隔離器輸出低電平大約為0.1VDD左右。

圖1 數(shù)字隔離器輸出端口電路

2、數(shù)字隔離器與光耦合器供電電路設(shè)計注意點

數(shù)字隔離器均采用5V標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制作而成，因此對供電引腳和輸入輸出端口的電壓應(yīng)力有嚴(yán)格的要求，一般規(guī)格書會規(guī)定電壓尖峰不能超過7V，數(shù)字隔離器也會留有一定的裕量，例如榮湃3KV隔離耐壓產(chǎn)品VDD過電壓應(yīng)力能力在12V左右，5KV隔離耐壓產(chǎn)品VDD過電壓應(yīng)力能力在16V左右。但是在某些極端的系統(tǒng)，由于開關(guān)電源不穩(wěn)定等原因，有可能有超過20V以上的電壓尖峰，這樣會導(dǎo)致隔離器損壞，因此在這樣情況下，需要對芯片供電電路做一些優(yōu)化。通常的做法是在芯片VDD供電前端串聯(lián)50-100歐姆電阻，如有必要再在VDD與GND之間并聯(lián)一個TVS管，如圖2所示。

圖2  VDD供電電壓尖峰抑制電路 

3、數(shù)字隔離器內(nèi)部二極管電路設(shè)計注意點

數(shù)字隔離器的輸入輸出端口與供電引腳VDD之間都有二極管，如圖3虛線框中的二極管所示，這個二極管的意義是為了提高輸入輸出端口的ESD能力，如果輸入輸出端口有高的過電壓應(yīng)力，通過二極管泄放到VDD與GND之間ESD電路中。

圖3 數(shù)字隔離器輸入端口電路

應(yīng)用中需要注意的是，不要讓輸入輸出端口的電壓超過供電引腳電壓0.5V以上，因為這樣輸入輸出端口可以通過二極管給供電引腳VDD充電，這樣供電引腳VDD電壓會被抬高，芯片可能會處于不穩(wěn)定狀態(tài)。