荣湃数字隔离器采用CMOS工艺，替换光耦更具优势

时间： 2021-06-24 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。

如图1b和图2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。

图2 荣湃数字隔离器信号隔离传输原理示意图

△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

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。

抗干扰能力性能对比

隔离产品抗电磁干扰能力非常重要，关系到应用系统能否正常运行。隔离产品抗干扰能力主要包括抗共模瞬变（CMTI）、电磁发射、工频磁场抗扰度和脉冲磁场抗扰度等方面。

高速光耦6N137与荣湃数字隔离器CMTI性能对比

如图5a和图5b所示，其中黄色波形为置于两侧之间的共模瞬变高压，绿色波形为光耦或数字隔离器输出端波形，测试过程中隔离器输入波形一直为高电平。从图5a可以看出光耦在30KV/us的共模下降瞬态脉冲作用下，输出了错误的低电平。而如图5b所示，荣湃数字隔离器在超过120KV/us的共模脉冲瞬变高压下，依然输出正确的高电平。由此可见，荣湃数字隔离器抗共模瞬变电压的能力远远优于光耦。

荣湃数字隔离器电磁发射性能

光耦由于通过光传递信号，因此理论上电磁发射性能较好。荣湃数字隔离器同样拥有远远优于IEC61000-4标准的电磁发射性能。如图6所示为荣湃数字隔离器测试试验台，图7所示为测试结果。

荣湃数字隔离器-磁场抗扰度性能

测试结果见下表3所示，荣湃数字隔离器工频磁场抗扰度满足100A/m和脉冲磁场抗扰度满足1000A/m，性能优异。

△表3荣湃数字隔离器磁场抗扰度测试结果

应用简易性对比

如图9a和图9b分别为光耦和数字隔离器的典型应用电路图，可以看出光耦相比于数字隔离器需要更多的外围器件，设计复杂。光耦和数字隔离器应用中的主要差异如表4所示，可见数字隔离器使用更方便，更简单。

△表4 光耦与数字隔离器应用差异表

荣湃数字隔离器与光耦技术参数对比结果如表5所示。荣湃数字隔离器在物理结构性能、时序特性、抗干扰性能、应用简易性、寿命可靠性几个方面均优于光耦。

表5 荣湃数字隔离器与光耦技术参数对比表

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大写的王 Lv4. 资深工程师 2021-07-13

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荣湃半导体推出的π160E/π161E/π162E/π163E系列数字隔离器，采用智能分压技术(iDivider®技术)，具备高隔离电压、低功耗、高速率等特点。产品适用于工业现场总线、工业自动化系统等领域。

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2021/12/06 - 数据手册 - Rev.1.9 代理服务技术支持采购服务

荣湃半导体数字隔离器选型表

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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

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

荣湃半导体推出的π140E/π141E/π142E系列数字隔离器，采用iDivider®技术，具备高隔离电压、低功耗、高速率等特点。该系列隔离器广泛应用于工业自动化、隔离式开关电源等领域。

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2021/12/06 - 数据手册 - 版本 1.9 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

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

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2021/05/17 - 数据手册 - 版本1.8 代理服务技术支持采购服务

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

荣湃半导体推出的π140E/π141E/π142E系列数字隔离器，采用智能分压技术(iDivider技术)，具备200Mbps的高速率和0.58mA的超低功耗特性。产品支持3.0V至5.5V的工作电压，并提供多种封装选项。

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2020/04/16 - 数据手册 - Rev. 1.7 代理服务技术支持采购服务

π140E/π141E/π142E 增强 ESD 功能，3.0kV/5.0kV rms 隔离电压 200Mbps 四通道数字隔离器产品手册

荣湃半导体π1xxxxx系列数字隔离器采用智能分压器技术，具备高隔离电压、低功耗、高速率等特点。该系列包含多种型号，支持3.0V至5.5V工作电压，并提供3.3V和5V逻辑电压转换。产品广泛应用于工业现场总线、工业自动化系统和隔离式开关电源等领域。

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2021/12/06 - 数据手册 - Rev.1.9 代理服务技术支持采购服务

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在PWM信号传输过程中，难免会因为强电产生的静电杂波等信号影响PWM信号的传输，使用光耦会有光衰以及成本和体积的影响，目前市面上采用数字隔离器来进行隔离的厂家已逐渐成为主流，本文将介绍荣湃Π160M60用于伺服系统同PWM信号隔离的应用。

2022-05-28 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

π120E1/π122E1 增强 ESD 功能，1.5kV rms 隔离电压 200Mbps 双通道数字隔离器产品手册

荣湃半导体推出的π120E1/π122E1系列数字隔离器采用智能分压技术(iDivider®技术)，具备200Mbps的高速率和增强的ESD防护能力。产品适用于通用多通道隔离、工业现场总线隔离、工业自动化系统和隔离式开关电源等领域。

荣湃半导体 - 数字隔离器,双通道数字隔离器,Π122E11,Π1XXXXX 系列,Π120E11,Π120E10,Π122E10,Π1XXXXX,Π120XXX,Π120A30S,Π122E1,Π120E1,Π120E1X,Π122E1X,工业现场总线隔离,电机控制,隔离 ADC,通用多通道隔离,工业自动化系统,隔离 DAC,隔离式开关电源

2021/12/06 - 数据手册 - Rev.1.9 代理服务技术支持采购服务