在电路设计领域,隔离芯片扮演着至关重要的角色。下面我们将深入探讨隔离芯片的相关知识,包括其定义、工作原理以及在电路设计时需要注意的要点。
什么是隔离芯片
隔离芯片就如同一个 “安全门”,其功能是将两端的电气特性分隔开来,阻断电流的流通路径,仅保留信号的连接。以某一款数字隔离器为例,它具有三个正向通道和一个反向通道,信号从红色箭头流入,从蓝色箭头流出。在实际应用中,隔离芯片能让诸如控制指令、数据等信号顺利通过,同时将危险的电流、电压以及干扰信号阻挡在外,从而保护电路中较为 “娇贵” 的器件。例如,在将前端采集的模拟信号通过 ADC 转化为数字信号后,在 ADC 和 FPGA 之间添加一个数字隔离器,可有效保护 FPGA 免受潜在的电气干扰。

隔离芯片的原理
隔离芯片能够阻断电气连接却又能实现信号传递,这看似矛盾的特性正是其技术所在。实际上,两端并非通过直接的导线连接,而是借助光耦、磁耦、电容耦合等方式来实现信号的传输。
光耦:光耦由光发器件和光敏元件构成。左边的光发器件将输入的电信号转化为光信号,然后光信号输入到光敏元件中,再将光信号恢复为电信号,实现了电信号→光信号→电信号的转换过程。

磁耦:磁耦利用变压器原理,将输入的信号脉冲转化为局部磁场,磁场的变化会引起右侧线圈的电流变化,从而实现电信号→磁场信号→电信号的转换。

电容隔离:首先将输入信号调制成高频载波,通过电容器的电场变化将信号从一端传到另一端,再将信号进行解调以恢复原始信号。

电路设计时需要注意的点
注意方向:隔离芯片的通道有单向和双向之分,具体情况需参考芯片手册。单向通道只允许信号单向传递,如果信号的传输顺序接反,信号将无法正常传输。
注意电源引脚的设计:数字隔离器的电源引脚通常左右各有一个,且这两个电压必须相互隔离,需要单独配备一个隔离 DC - DC。同时,每一侧的电压值大小决定了信号的电压值大小,这一点需要特别注意。例如,若左边的引脚连接在 FPGA 上,而 FPGA 的 IO 口为 3.3V,那么左边的电压值也应设置为 3.3V,若设置为 5V,可能会导致 FPGA 损坏。