【应用】荣湃数字隔离器π121U31用于抽油烟机中，其传输速率达150Kbps

时间： 2021-07-22 来源：荣湃半导体

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随着家电智能化的发展，需要更加安全可靠的电路系统，而这些系统均需要隔离技术保驾护航；荣湃数字隔离芯片相比传统光耦，可以轻松实现成本更低、占用空间更小、更高通信速率、功耗更低的多通道隔离解决方案，由于故障率更低显著提高系统可靠性，可提供更高的电气噪声抗扰度，可在更宽的温度范围(-40℃至125℃)内工作，而且不会随着时间的推移老化或降低性能，成为智能家电领域安全隔离通信首选方案。

一、荣湃数字隔离器VS光耦技术原理对比

虽然有超过50年的使用历史，但是光耦由于用的是旧的基于LED的技术(如下图1a所示)，通过切换PN结二极管传输数据，传输速率较低，有较大的传输延迟和失真；光耦内部存在机械磨损，寿命较短；且在温度变化，器件老化影响下，传输性能会产生显著的变化。光耦的这些限制，导致了设计复杂性增加、产品可靠性降低。

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

而荣湃的π1xx系列数字隔离器通过采用基于先进CMOS工艺技术的电容隔离(如上图1b所示)，克服了光耦的这些限制。更高可靠性和更长寿命的π1xx产品，使得家电制造商能够提供更长的产品质量保证，减少由于维修和替换所产生的相关成本。

二、荣湃数字隔离器基本架构和优势

π1xx数字隔离器采用全球首创的智能分压技术(iDivider)，基本架构包括信号输入和输出电路，之间通过以二氧化硅作为隔离介质的隔离栅隔开，如下图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荣湃数字隔离器基本架构

得益于iDivider技术的先进架构，与其他数字隔离产品相比，π1xx数字隔离器在电磁辐射和静态功耗上具有显著的性能优势，这简化了系统设计、降低了成本，同时也减轻了在家电产品设计中，为了符合EMC电磁兼容性要求，所带来的设计和成本挑战。π1xx隔离器的电磁辐射与友商产品相比明显降低，从而无需高成本的屏蔽防护措施。

π1xx数字隔离器提供1-6路通道配置，1.5KV，3KV，5KV三种隔离耐压产品可供选择；具有宽温度范围(-40至125°C)内，150Kbps(U系列)，10Mbps(M系列)，200Mbps(E系列)的数据传输率，以及每通道约1.3mA的低功耗水平（仅是光耦功耗的1/5），十分适合用于功耗敏感的系统设计。π1xx系列产品强大的数字隔离架构，能够确保即使在恶劣环境中，例如在高电气噪声，高温，高数据传输速率下，依旧可以保持所传输信号的完整性。

三、荣湃数字隔离器在家电产品中的典型应用(抽油烟机)

抽油烟机中的电路部分，主要由“人机交互模块”和“功率控制模块”两大部分构成，两大模块之间需要可靠的实时通信以实现产品功能；通常为了保证强弱电的隔离和人身安全，两大模块之间需要通过隔离器件对UART通信信号进行有效的隔离。如下图3所示。

图3 抽油烟机系统框图

传统抽油烟机的UART信号隔离通常采用2颗单通道的光耦来实现，但是光耦有以下缺点：

1. 光耦本身传输性能较差，传输延迟大，传输速率低。

2.温漂严重，传输性能随着温度变化而显著变化

3.光耦用久了会有光衰减，影响精度，传输延迟变高。

4.内部存在机械磨损，使用寿命大大缩减，寿命短，功耗高。

5.采用环氧材料和光耦合垂直叠放技术，体积大，外围电路复杂。

而荣湃的2通道，150Kbps数字隔离器π121U31，在抽油烟机中可完美替代两路单通道光耦EL816，且解决了光耦的劣势，提高可靠性，外围电路设计简单，节省60%以上的PCB空间。如下图4所示，在抽油烟机中替代单通道光耦EL816的应用。

图4 π121U31替换2路EL816对比图

图5 π121U31和EL816关键电气参数对比

通过上述关键电气参数对比（图5）可知，π121U31相比EL816，传输速率从常温下不到30Kbps，提升为全工作温度范围150Kbps；功耗减小几倍，CMTI能力提升数倍，更重要的是性能不受温度变化影响；PCB面积也减少60%以上；总体性能有了本质的提高。

当研发人员在家电产品设计中，把光耦替换成荣湃π1xx数字隔离器后，他们不再需要考虑温度变化和器件老化带来的影响；π1xx的性能参数，可以在非常宽的温度范围，在很长的生命周期中保持稳定，从而为家电的应用减轻了系统设计复杂度，并提供了一致的超高隔离传输性能，并减少了元器件数量和PCB面积。

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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

2022/9/26 - 荣湃半导体 - 选型指南代理服务技术支持批量订货

荣湃半导体（2Pai Semi），全球独创智能分压隔离技术（i Divider技术），致力于打造全球技术领先的高性能模拟集成电路产品，专注于开发隔离器（标准数字隔离器，隔离收发器、隔离驱动器和隔离电压源）和物联网通信以及电流感应器系列产品。

隔离器

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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。

2024-10-30 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

【选型】国产六通道高速率数字隔离器π160E/M60可兼容SI8660BD-B-ISR，速率达200Mbps

在电力电气设备产品上，需要用到数字隔离器来保护电路低压侧关键器件安全以及隔离通信线路中的干扰噪声。本文将为大家介绍两款可兼容SI8660BD-B-ISR的国产荣湃半导体π160E60、π160M60六通道高速率数字隔离器。

2022-06-18 - 器件选型代理服务技术支持批量订货

如何选择数字隔离器额定传输速率？

荣湃数字隔离器有5档额定传输速率可供选择，分别为A(600Mbps)；E(200Mbps)；M（10Mbps）；S(2Mbps)；U(150Kbps)。对于通讯接口隔离（如RS232,RS485,SPI等）可根据通讯速率进行选择；对于低功率开关管隔离驱动的应用，由于上下桥之间、系统与系统之间要求每个通道之间的延时差异非常小，建议选择M类产品。

2024-10-30 - 技术问答

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。

2021-09-17 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

荣湃数字隔离器传播延时是多少，有应用优势吗？

荣湃E、M系列数字隔离器的典型传播延时为14ns，这一参数显著低于高速光耦约50ns的传播延时，同时可以提供。更低的传播延时有助于通信协议的提速，数字隔离器能够支持更高速的通信协议。

2024-10-30 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

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

【选型】国产二通道数字隔离器用于电力电气设备，可兼容SI8422BB-D-ISR和SI8622EC-B-ISR

在电力电气设备产品上，需要用到数字隔离器来保护电路低压侧关键器件安全以及隔离通信线路中的干扰噪声。本文将为大家介绍一款可兼容SI8422BB-D-ISR，SI8622EC-B-ISR的国产荣湃半导体π121E31二通道高速率数字隔离器

2022-06-16 - 器件选型代理服务技术支持批量订货

与光耦合器相比，荣湃的数字隔离器的主要优势是什么？

与光耦合器相比，荣湃的隔离技术在功耗，速度，器件尺寸，可靠性，共模瞬变抗扰度都有极大的改善，能够在3.3V或5V数字信号隔离应用中取代光耦。对于例如12V或24V的高电压信号隔离，荣湃的光耦兼容数字隔离器可以实现100%兼容，同时性能较光耦更强。

2024-10-30 - 技术问答

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

2021/12/06 - 荣湃半导体 - 数据手册 - 版本 1.9