ADI 数字隔离器对比 (下)：磁隔离与电容隔离
目前有两种类型的数字隔离器可以提高电路的安全性和质量：磁隔离和电容隔离。大家在应用之前可能想了解这两种隔离器的区别和特点，或者哪一种更适合自己的应用。
《ADI 数字隔离器对比》系列分为上、下两篇，主要为大家介绍数字隔离器的磁隔离和电容隔离方法的区别和特点。本文为下篇，将介绍 ADI 电容隔离方法的产品阵容。有关 ADI 磁隔离方法产品阵容，可参考上篇《ADI 数字隔离器对比 (上)：磁隔离与电容隔离》。
数字隔离器的类型和区别
在上篇中，我们介绍了磁隔离方法和电容隔离方法的区别、各自的特性以及适用应用的示例。数字隔离器专门用于不同的领域，具体取决于所使用的耦合方法、绝缘和编码。 根据应用的不同，选择最合适的数字隔离器非常重要。如下图 (图1) 所示，ADI 拥有两种耦合方法的产品阵容。ADI 磁隔离产品系列使用聚酰亚胺作为绝缘材料，并使用开/关键控进行编码。接下来介绍 ADI 电容隔离产品阵容。
ADI 电容隔离产品阵容
ADI 电容隔离产品阵容使用二氧化硅 (SiO2) 作为绝缘材料，并采用边缘触发功能进行编码，主要特性包括高数据传输速率、低传播延迟、低抖动和低功耗，这些是使用聚酰亚胺的磁隔离耦合方法所不具备的优点。下图 (图2) 是电容隔离的一个详细配置图：
下表 (表1) 是电容隔离器规格数据表，可以看出，产品阵容中的部分重要规格包括 “数据传输速率高达 200Mbps”、“传播延迟为 10ns 以下”、“每通道功耗为 0.65mA 以下 (通信 1Mbps 时)” 等出色性能。ADI 产品系列具有电容隔离式系统所特有的全方位功能。
| 数据传输速率 | 高达 200Mbps |
| 1Mbps 通信时每通道的功耗 | 0.65mA 以下 |
| 传播延迟 | 10ns 以下 |
| 抖动 | 8ps |
| 通道间偏移 | 1ns |
表1 出色的电容式隔离器规格
“低传播延迟” 的重要性
简单地说，传播延迟是数字隔离器内部从输入到输出的延迟。例如，微控制器 (MCU) 和 A/D 转换器 (ADC) 通过 SPI 通信，中间由数字隔离器隔离，如下图 (图3) 所示。MCU 发送 ADC 采样参考时钟 (SCLK)，ADC 向 MCU 响应 AD 转换结果。
数字隔离器在两者之间的组合传播延迟会妨碍 ADC 及时锁存，从而导致预期数据和结果数据之间错位。因此可能需要进行调整，例如降低 ADC 的采样率，以防止由于传播延迟导致的差异，从而迫使理想的系统设计受到影响。特别是在光和声音等需要高速采样的应用中，传播延迟规格具有重大影响。因此，传播延迟越低越好。
“低抖动” 的重要性
ADI 电容隔离产品的另一个优点是它具有低抖动。抖动是时序的波动：就 A/D 转换而言，高抖动会导致 ACC 采样点偏离，从而产生失真和噪声，降低信噪比 (SNR)。特别是对于高精度测量，请记住时钟抖动是一个重要的指标。
[产品阵容 (1) MAX22445] 业界领先的高速 4 通道隔离器
下面我们一起来看看具体的阵容。4 通道隔离器 “MAX22445” 充分利用了电容隔离方法的特性，实现了业界领先的数据传输速率和低传播延迟。200Mbps 的最大数据传输速率和 8psRMS 的抖动都是不错的规格。下图 (图4) 为 4 通道隔离器产品阵容，它们按通道传输方向排列：
■ 高时序性能
· 最大数据传输速率：200Mbps
· 低抖动：8 psRMS
· 低传播延迟：10ns
· 低通道间偏移：2ns
■ 低功耗
· 每通道：0.74mW (1Mbps 通信时，VDD=1.8V)
■ 增强型电气隔离
· 隔离电压 (VISO)：5kVRMS
· 连续耐压 (VIOWM)：1500VRMS
· CMTI：50kV/μs
■ 易于使用
· 电源电压范围：1.71V~5.5V
· 工作温度范围：-40°C~+125°C
■ MAX22445 应用实例
· 通信基站
· 需要高速、高精度测量光、声等的应用
与 ADuM341E 磁隔离方法的比较
该 MAX22445 与第一篇介绍的磁隔离 ADuM341E 区别如下表 (表2) 所示：
从表中的数据传输速率可以看出，MAX22445 的传输速率高达 200Mbps，而 ADuM341E 为 150Mbps。此外，MAX22445 的传播延迟也更低，这表明 MAX22445 在高速通信方面更具优势。MAX22445 的功耗也明显更低，约为 ADuM341E 的四分之一。
另一方面，在增强隔离强度和 CMTI 方面，ADuM341E 是鲁棒性的指标，表现出色。从比较表中可以看出，ADI 磁隔离产品系列主要基于磁耦合方法，适用于要求数字隔离器坚固性的应用。相比之下，需要高速通信和低功耗的应用则适合采用电容隔离式产品系列。
[产品阵容 (2) MAX22820] 超低功耗、2 通道增强型隔离器
接下来，我们将介绍 MAX22820，下图 (图5) 为其框图。它在 1Mbps 通信下具有 54.7μA 的极低功耗。这些规格非常适合功耗比通信速度更重要的应用。例如，它可以完全用于电池供电的物联网设备。
■ 最大数据传输速率：10Mbps
■ 超低功耗 (每通道 VDD=3.3V)
· 11.4μA (直流)
· 15.4μA (100kbps)
· 54.7μA (1Mbps)
■ 增强型电气隔离
· 隔离电压：5 kVRMS WSOIC 封装
· 隔离电压：3kVRMS NSOIC 封装
· CMTI 值：200kV/μs
■ 易于使用
· 电源电压范围：1.71V~5.5V
· 工作温度范围：-40°C~+125°C
■ MAX22820 应用实例
· 物联网设备
· 便携式测量仪器
· 手持终端
综上所述，ADI 的一些电容产品在高速通信方面表现出色，而另一些产品则在低功耗方面具有优势，大家可以根据自己的需求选择不同的产品。
ADI 数字隔离器应用实例
ADI 数字隔离器主要在需要高速、高精度测量的应用上使用广泛，例如通信基站等，还有需要低功耗的应用，例如便携式仪器仪表等。
总结
在《ADI 数字隔离器对比》系列文章中，我们介绍了 ADI 的数字隔离器及其产品阵容。根据绝缘材料和耦合方法的不同，数字隔离器具有不同的特性，ADI 同时拥有丰富的两款不同类型的数字隔离器产品阵容，并且均提供评估板，可以供大家根据应用进行选择。欲了解关于更多 ADI 相关方案或技术信息，请与澳门人巴黎人1797当地的办事处联系或点击下方「联系我们」，提交您的需求，澳门人巴黎人1797公司愿意为您提供更详细的技术解答。