【技术】基于CMOS工艺的数字隔离器替换光耦的技术优势

时间： 2021-07-15 来源：荣湃半导体

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光耦合器(以下简称光耦)用于信号隔离传输已有50年左右的历史，但是在一些时序特性、速率和可靠性要求非常高的场合，光耦的性能难以满足。基于互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制成的荣湃数字隔离器，在时序性能、隔离电压和可靠性等方面均优于光耦。

物理结构性能对比

如图1a所示，光耦隔离传输信号的原理是，当LED发光时，通过透明绝缘层（有机聚合物）后，由感光三级管接收信号，这样传递一种电平状态。但是光耦合器采用砷化镓（GaAs）工艺制造，该工艺随环境温度的变化，性能参数不稳定。采用有机聚合物作为绝缘介质，介质内容易产生空洞等缺陷，在高压应力下损耗严重，寿命较短。

图1a 光耦物理结构示意图

图1b 荣湃数字隔离器结构示意图

如图1b所示，荣湃数字隔离器信号隔离传输的原理是，当检测到输入端口信号为高电平时，经过芯片内部抗干扰的差分电路处理后，信号由串联的高压隔离电容与寄生电容分压，再经过锁存放大电路传输到输出端口。荣湃数字隔离器采用的CMOS工艺是高性能、高可靠性和低成本的工艺技术，同时采用的隔离介质SiO2是稳定性非常高、介电强度性能非常好的介质材料。

荣湃数字隔离器与光耦物理结构性能对比如表1所示，荣湃数字隔离器在制成工艺、介质材料和信号处理方面均优于光耦。

表1 物理结构性能对比表

时序性能对比

时序特性是隔离产品非常重要的性能之一，主要包括：上升下降时间，传输延时，脉宽失真，通道之间的匹配，器件之间的匹配等。当隔离产品上升下降沿越快，传输延时越短，脉宽失真越小，则数字波形越规整，可以提供更高的传输速率和通信可靠性。通道之间的匹配和器件之间的匹配则反应出同一器件通道间和不同器件间时序特性的一致性。

常温下荣湃数字隔离器与光耦时序性能对比

如图3a和图3b所示，对比了常用标称10Mbps通讯速率的高速光耦6N137和π163M61常温下时序特性，图中黄色波形为输入信号，绿色波形为对应的输出信号。从波形上可以读取的信息如表2所示，荣湃数字隔离器π163M61相比高速光耦6N137上升下降沿更快，传播延时更短，脉宽失真更小，因此，常温下时序特性更好。

表2 时序特性对比表

图3a 高速光耦6N137测试波形图

图3b 数字隔离器π163M61测试波形图

荣湃数字隔离器与光耦时序性能对温度变化敏感性对比

图4a和图4b分别摘自高速光耦6N137和荣湃数字隔离器π163M61的规格书。从图中可以看出，光耦的传播延时不仅与温度相关还和上拉电阻相关。光耦在温度变化范围（-40℃至85℃）内，传播延时变化15ns以上。而荣湃数字隔离器在温度变化范围（25℃至125℃）内，传播延时变化3ns以内。因此，光耦时序性能对温度变化更敏感，使用过程中性能更不可控。

图4a 高速光耦6N137延时与温度关系

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型号- Π120S60R,PAI8253E-WR,PAI8232C-WR,Π131E31S,PAI120E60-W5R,PAI122E60-W5R,PAI8253C-S1R,Π141M31,Π131E30S,Π141M30,Π140M61,Π131U31S,Π140M60,Π163M60,Π163M61,Π140A30S,Π141E31,Π141E30,Π140E60,Π163E60,Π163E61,Π120S61R,PAI8300-W5R,Π131A61,Π163U60,Π131A60,Π131M60R,Π163U61,Π221N61,PAI8233E-WR,Π121A31,Π121A30,Π120A61,PAI8211C-SR,PAI8233E-S1R,Π120A60,Π120A31,PAI85137-SR,Π161A60,Π140U31,Π140U30,PAI8211C-W5R,Π142U30S,PAI85236-SR,PAI8252C-WR,PAI85237-PT,Π121U61R,Π161A61,PAI8232D-S1R,Π120A30,Π142A60,Π142A61,Π162A30,Π162A31,PAI8253D-WR,Π122M60,Π122M61,PAI8252B-S1R,Π142E31S,Π122U60,Π131U30S,PAI8232B-WR,Π122U61,PAI8233B-S1R,Π140M31,Π140M30,Π142U31S,Π142E30S,Π121U60R,Π140E31,Π122E60,Π140E30,Π122E61,Π121E60R,Π130U31S,Π121E61,Π121M60,Π122E30,Π122E31,Π140E31S,Π131S61R,Π121M61,Π121U60,Π130A60,Π122M30,Π122M31,Π131A30,Π130A61,Π121S61R,Π131A31,PAI8252D-S1R,Π160E31,Π160M30,Π131A30S,Π130E31S,Π121E60,Π160E30,PAI120E61-W5R,Π142A31,Π141A61,PAI8558EQ-W2R,Π141A60,Π162A60,Π160U31,Π162A61,Π140E30S,PAI8232D-WR,PAI8232C-S1R,Π160M31,Π160U30,PAI8171A-SR,Π121S60R,Π131A31S,Π121U61,PAI8252B-WR,Π122U30,Π122U31,Π163A30,Π163A31,Π142A30,Π141U30S,Π122E11,PAI8253C-WR,Π122E10,Π122M11,Π120M60R,Π131M61R,Π122M10,Π121U31,PAI8233C-S1R,Π121U30,Π220N61,Π120U61,Π120U60,Π221N31,Π110E31,Π110E30,Π141E30S,PAI8233D-WR,Π110M31,Π110M30,Π141U31S,Π130U30S,PAI85136-SR,Π120M61R,Π131S60R,Π130A31,Π142A30S,Π130A30,Π161M30,PAI85236-PT,Π161M31,Π141E31S,Π160M61,Π160M60,PAI8253D-S1R,Π130E30S,Π161E31,Π161E30,Π160E61,PAI85137-PT,Π160E60,Π130A30S,Π131M31S,Π131U61,Π140A61,Π131U60,Π140A60,Π163A60,Π163A61,Π161U30,Π161U31,PAI121E60-W5R,Π160U61,Π160U60,Π110E11,PAI8252A-WR,Π110E10,Π120E61R,PAI8233B-WR,Π142A31S,Π110M11,Π110M10,PAI8252C-S1R,PAI85136-PT,Π141A31,Π141A30,Π121E31,PAI8253A-S1R,Π121E30,Π130A31S,Π120E61,PAI8253B-WR,Π120E60,Π121M31,Π131U60R,Π121M30,Π120M61,H140E61,Π120M60,Π131E61,Π142U60,Π131E60,Π142U61,Π131M61,Π131M60,Π120E30,Π142E60,Π142E61,Π142M30S,Π120E31,Π120M30,Π142M60,Π142M61,Π120M31,Π140U30S,PAI8233D-S1R,Π161M61,Π162M30,Π162M31,Π161M60,Π161E60,Π121M61R,Π162E30,Π162E31,Π161E61,Π130U60,PAI8211A-W5R,Π131U30,Π130U61,Π131U31,Π141A30S,Π161U61,Π162U30,Π162U31,Π140U31S,PAI8253E-S1R,Π142M31S,Π131M30S,Π161U60,Π120U30,Π220N31,Π120U31,Π122A61,Π122A60,Π121M60R,PAI8211A-SR,PAI8233C-WR,Π140A30,PAI8232A-S1R,PAI8253A-WR,Π141A31S,Π120E11,Π120E10,Π140M31S,Π141U61,Π120M11,Π141U60,Π120M10,PAI8485-W1R,Π130E60,Π131E30,Π130E61,Π142U30,Π142U31,PAI8450-W1R,Π131E31,Π121A60,Π130M60,Π160A30,PAI8233F-WR,Π131M30,Π130M61,PAI122E61-W5R,Π121E61R,Π122A31,Π131M31,Π122A30,Π130M31S,PAI8253B-S1R,Π121A61,Π160A31,PAI121E61-W5R,Π142E30,Π142E31,PAI8253F-WR,PAI8233F-S1R,Π140M30S,Π142M30,Π142M31,PAI85237-SR,Π163M30,Π163M31,PAI8233A-WR,Π141M61,Π141M60,Π162M60,Π162M61,Π163E30,Π163E31,Π141E61,Π141E60,Π162E61,Π130U31,PAI8232A-WR,Π130U30,Π120U60R,Π163U31,Π163U30,Π110A30,Π110A31,Π131U61R,Π162U60,Π162U61,Π131E60R,Π141M30S,PAI8253F-S1R,Π120U61R,Π141U31,Π141U30,Π140U61,Π140U60,Π120E60R,Π131E61R,PAI8131A-SR,Π130E31,PAI8252D-WR,Π130E30,Π161A31,Π140A31S,Π161A30,Π160A61,PAI8233A-S1R,Π160A60,Π130M31,PAI8486-W1R,Π130M30,Π141M31S,PAI8252A-S1R,Π130M30S

选型指南 - 荣湃半导体 - 2022/9/26 PDF 中文下载

SINOXTECH（芯动神州）霍尔传感器/数字隔离器/数据转换器(ADC/DAC)选型指南

目录- 公司简介转换器/隔离器/传感器产品分类和行业应用 ADC产品 DAC产品隔离器产品精密运放传感器产品超低功耗霍尔开关产品传感器交叉对比隔离器产品性能对比表

型号- UISO1200L,UDAC8X08系列,UISO1200H,UISO1201,UISO1401HWSP,ADCP216-125,UISO1200,ADCP216080,UISO1200HSP,UISO1200LSP,ADCS4162,ADCP216125,UDAC8X14R,MX0123ST23,UDAC4X10BDF10,UISO2481,ADUM120X,UDAC4X08BDF10,UDAC8X12TSP16,ADCS8162B,ADCS8182LFP64,UDAC8X10TSP16,DAC8X12系列,UDAC4X08AMS10,ISA1200,ADCP216-105,UDAC8X16,ADCS8182,UDAC4X10ADF10,UDAC8X14,UDAC4X10BMS10,MX0113,ADCP216105,UDAC8X08,SNA8606MS8,MX0112,MX0111,UISO1201L,UDAC8X16R,SNA8606SP8,UDAC4X1,UISO1201H,ISA1311,ADS129X 系列,ISA8900,ADCS16162LFP64,ADSD1299LFP,UDAC8X12,UDAC4X10系列,UDAC8X10,ADCP116-105,MX5779,DAC8X12,UDAC4X12AMS10,UISO120X,MX0123,ADCP416-80,MX0113NTS23,MX0112ST23,UDAC4X12ADF10,ISA1300,UISO1400,UISO1401,MX9021,ISO772X,ADCS11810,ADCS8162,UDAC8X12QF16,ADCS8142LFP64,REF5010,SNA8605ST5,SNA8605,SNA8606,ADCS16162,ADCP216-80,AFE25624,DAC4X12系列,UISO120X系列,UDAC8X10系列,ADCP116-125,ADCP416-125,ISOAD1301,UISO1400HWSP,UDAC8X10QF16,ADCS8162H,TMP175,ADCP116-80,UDAC8X08QF16,MX0113NT,UDAC4X12,UDAC4X10AMS10,MX7100,UISO120IHSP,UISO140X系列,UDAC4X08,UDAC4X08ADF10,ADCS4162LFP64,UDAC4X08BMS10,MX3023,ADCS8142,UDAC4X08系列,MX0123S,UDAC8X16RH,UDAC4X12BMS10,UISO3150,UISO1250,ADCS8162LFP64,DAC4X12,UDAC4X10,AFE6420,UISO1201LSP,ADS129X,ADCP416-105,UISO140X,SI862X,UDAC8X08TSP16

选型指南 - SINOXTECH - 2022/12/8 PDF 中文下载

如何理解数字隔离器的电平转换功能？

荣湃数字隔离器双侧供电完全独立，不论两侧供电电压的相互关系如何，只要在允许的供电范围内，数字隔离器都能工作。所以，数字隔离器可以通过调整输入端供电电压和输出端供电电压，实现信号隔离传输中的电平转换，免去单独的电平转换芯片。

技术问答发布时间 : 2024-10-30

【应用】荣湃双通道数字隔离器π121U31助力咖啡机应用，隔离电压3000Vrms，传输速率高达150Kbps

随着国外饮品咖啡越来越受到年轻人的青睐，许多城市的咖啡店和品牌也越来越多，为了满足这强烈的市场需求，智能咖啡机的需求也日益增长。智能咖啡机的主控MCU和研磨电机单元之间的驱动信号和状态信号需要隔离，本文推荐一款荣湃的双通道数字隔离器π121U31，它的整体性能优于光耦和基于其他原理的数字隔离器产品，隔离电压等级最高可达3000Vrms，非常适合咖啡机的应用。

应用方案发布时间 : 2023-06-30

【应用】数字隔离器π122U31用于智能家电隔离通讯，隔离耐压等级3kVRMS，可提高信号稳定性

智能家电已具有自动监测自身故障、自动测量等功能，每一项功能的实现基本都是基于传感器的检测、通信、MCU的处理来实现的，传感器及触摸屏和MCU之间大多是通过RS485来通信的，本文主要介绍荣湃半导体数字隔离器π122U31在智能家电中的应用。

应用方案发布时间 : 2022-06-22

荣湃数字隔离器π141E61Q产品系列荣膺“汽车电子金芯奖 · 卓越产品奖”

2024年9月25日晚，由中国集成电路设计创新联盟发起的“2024金芯奖·汽车电子创新评选”活动颁奖典礼在无锡太湖国际博览中心盛大举行。经过近30天的激烈的角逐，荣湃半导体旗下的“π141E61Q”产品系列在“2024金芯奖·汽车电子创新评选”中荣获卓越产品奖。

产品发布时间 : 2024-09-30

荣湃半导体数字隔离器选型表

提供标准数字隔离器及I2C数字隔离器。标准数字隔离器，π1xxx系列：总通道数1，2，3，4，6通道；反向通道数1，2，3通道；传输速度150kbps，10Mbps，200Mbps，600Mbps，共4档，比市场上同级别产品快4倍；静态工作电流0.4mA/通道，比市场上同级别产品降低3倍；传输延迟5.5ns，比市面同级别产品降低2.0倍；隔离电压1.5KV，3KV，5KV，共3档。I2C数字隔离器，π2xxx系列：传输速率2MHz；隔离耐压3KV，5KV，共2档；传输延迟45ns。

产品型号	品类	总通道数	反向通道数	最大工作速率	默认输出状态	工作电压范围	CMTI (kV/us)	绝缘耐压	浪涌耐压	封装
π110A30	标准数字隔离器	1	0	600Mbps	Logic Low	3V~5.5V	75kV/us	3000Vrms	5000Vpk	NB SOIC-8

选型表 - 荣湃半导体立即选型

荣湃半导体专注数字隔离器，采用独创iDivider技术，助客户缩短产品研发周期

荣湃半导体有限公司是一家致力于打造全球技术领先的高性能模拟集成电路的国产供应商，目前已经上市的产品有数字隔离器π1xxx ＆ π2xxx系列产品，该系列产品的综合性能远优于目前市场上同级别产品数倍，填补了中国数字隔离器芯片领域的产品空白。

原厂动态发布时间 : 2021-09-17

100Mbps四通道磁隔通用数字隔离器iCC8741，提供断电保护功能，隔离耐压3.0kVrms

芯进电子iCC8741是高速、高可靠的四通道磁隔通用数字隔离器，具有3.0kVrms隔离耐压能力。iCC8741采用芯片级微型变压器以及专有的调制解调技术进行信号传输，兼顾边沿调制的时序精度和开关键（OOK）调制的鲁棒性，信号传输延时典型值小于10ns，共模瞬态抑制能力±200kV/μs。iCC8741包含3个正向信号通道和1个反向信号通道。

产品发布时间 : 2024-02-22

荣湃半导体为客户提供更高功率密度的直流充电桩方案，推出完整的数字隔离器、隔离电压检测、隔离电流检测等产品

如何让大功率充电桩实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，是充电桩设计者面临的挑战。荣湃半导体提供完整的数字隔离器，隔离电压检测，隔离电流检测，隔离接口与隔离驱动的解决方案，支持客户设计出更高功率密度的直流充电桩。

应用方案发布时间 : 2023-10-20

【应用】数据传输速率达20Mbps的国产数字隔离器用于伺服电机控制板上的RS485信号隔离，有效节省PCB面积

在伺服电机控制板中，需要通过RS485通讯协议来完成和上位机之间的信号传输，但伺服电机属于强电系统，在工作中可能会存在噪声影响数据传输，所以往往需要对RS485的信号线做数字隔离处理，本文将介绍纳芯微数字隔离器NIRSP31-DLARR是如何用于伺服电机控制板上的RS485信号隔离。

应用方案发布时间 : 2022-09-16

【产品】高速2通道数字隔离器uISO120X系列，集成高性能的电容隔离技术，最大信号传输速率可达90Mbps

uISO120X系列为高速2通道数字隔离器，该器件可以承受高的隔离电压，并且满足常规的测试规范（UL标准）。最大信号传输速率可达90Mbps，脉宽失真小，集成高性能的电容隔离技术。

产品发布时间 : 2023-02-02

π140E/π141E/π142E增强ESD功能，3.0kV/5.0kVrms隔离电压200Mbps 四通道数字隔离器

型号- Π140X6X,Π14XE3X,Π142EXX,Π140E31S,Π142E6X,Π14XEXX,Π14XX3X,Π142E,Π142XXX,Π141E31,Π141E30,Π140E61,Π140E60,Π141X3X,Π(1)(2)(0)(A)(3)(0)(S),Π142E30,Π142E31,Π140E30S,Π141E60Q,Π140E3X,Π1XXXXX 系列,Π141E61Q,Π142E60Q,Π141E,Π14XEX0,Π14XEX1,Π14XE60,Π14XE61,Π141X6X,Π141E61,Π142X3X,Π141E60,Π142E60,Π142E61,Π140E61Q,PAI1XXXXX,Π141E3X,Π140E6X,Π140E,Π140EXX,Π141E30S,Π142X6X,Π140XXX,Π14XE6X,Π140E60Q,Π1XXXXX,Π142E31S,Π142E3X,Π14XX6X,Π141E6X,Π141E31S,Π142E30S,Π141EXX,Π140E31,Π141XXX,Π140E30,Π140X3X

数据手册 - 荣湃半导体 - 版本 1.9 - 2021/12/06 PDF 中文下载