以Si8405为例分析数字隔离器的工作原理

　　引言

　　目前的电子系统中，需要传递往往有很多数字信号和模拟信号，同时对于电阻的隔离特性也要求很高，一般情况下采用光耦、磁隔离和电容隔离来实现，但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到。于是针对隔离产品市场，Silicon Labs公司推出以无线传输来实现信号的隔离和传递，同时在性能方面得到了很大的提升。

　　本文将重点介绍数字隔离器的工作原理，产品特点及性能等，再详述数字隔离器在电子产品中的部分应用。

　　1 隔离产品的工作原理

　　1.1 隔离产品传播

　　按照隔离产品的传播方式，可以分为光耦隔离、磁隔离和电容隔离，以及无线隔离。以光耦为例，其传播原理如下：

　　输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

　　其优点是信号单向传输，隔离电压高，抗干扰能力强；其缺点也比较明显，速度不会特别快，50Mbps，LED功耗较大，工作时间较长LED很容易老化。

　　1.2 工作原理

　　Silicon Labs以无线的方式实现信号的隔离和传播，下面以Si8405为例说明。

　　左边Input做为信号的输入，将该信号转换为无线射频信号后，右边进行RF接收和处理，并且通过Output将接收的信号进行输出。

　　无线信号的调制频率为2.4GHz左右，不在通讯频率范围。其调制和解调信号如下图：

　　因为采用了无线信号进行传递，信号的转换和传递速度很快，数据传递速率可达到150Mbps，尺寸也可以做的很小，功耗非常低，传播时间短，隔离电压非常高。

　　2 隔离产品分类及特点

　　2.1 产品分类

　　Silicon Labs隔离产品，大致可分为三类：数字隔离、隔离门级驱动、电流隔离传感，如下：

　　2.2 产品特点

　　Silicon Labs隔离产品的优点有很多，如功耗低、速度快、传播延迟短等，它在业界以速度快，集成度高着称。速度达到150Mbps，一个IC能集成6通道，隔离电压可达到5KV，共模瞬态抗扰度（CMTI）高，大于25KV/uS；EMI方面，符合IEC61000-4-8和IEC61000-4-9标准。

　　3 隔离产品的性能及应用

　　3.1 Silicon Labs隔离产品性能

　　A 消除地线回路应用

　　B 实现电压传送应用

　　C 增加共模抑制比应用

　　D 使逻辑电平兼容应用

　　3.2 隔离产品在工业领域中的应用

　　A 隔离ADC数据

　　B 工业通讯隔离

　　3.3 Si8405

　　Silicon Labs隔离产品Si8405等能实现I2C的双向隔离，比光耦减少1/3空间，支持35mA开路输出，外围电路仅需要两个电阻和电容，支持时钟速度达1.7MHz。

　　在传统的I2C通讯隔离中，需要将两套单向的隔离器件重复使用，才能将双向信号进行有效的隔离。

　　3.4 应用

　　从Silicon Labs隔离产品应用在能源系统中的情况来看，典型应用的有开关电源、照明系统、逆变器、马达控制等等，在系统的应用机会如下：

　　4 结语

　　本文分析了Silicon Labs的数字隔离器件，具有速度高、隔离电压高、功耗低、可靠性高的特点，能很好的应用于电子产品中，并且可供选择的产品类型非常多。在电子系统的应用中，Silicon Labs的数字隔离器件能很好地消除地线回路，增加共模抑制比，通讯数据隔离。