隨著電機(jī)、傳感器和驅(qū)動(dòng)器逐漸取代機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)，人類對(duì)機(jī)器與機(jī)器對(duì)機(jī)器的交互應(yīng)用越來越多，適當(dāng)?shù)母綦x措施顯得至關(guān)重要。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)里經(jīng)常存在高壓、高溫或高噪聲的環(huán)境，怎樣保證信號(hào)穩(wěn)定且有效地傳輸，保護(hù)操作人員和低壓電路免受高壓影響，提高抗噪能力，是工程師亟待解決的問題。

作為嵌入式處理器和模擬半導(dǎo)體的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，德州儀器（TI）一直致力于通過隔離解決方案實(shí)現(xiàn)高效而可靠的系統(tǒng)運(yùn)行。在2018年11月2日，德州儀器舉行的“全新隔離解決方案強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行媒體說明會(huì)”上，德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Neel Seshan，半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英著重介紹TI兩款新隔離器產(chǎn)品——增強(qiáng)型隔離放大器ISO224與隔離式CAN收發(fā)器ISO1042，并分享TI是如何將創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)投入市場(chǎng)應(yīng)用，從而加速工業(yè)自動(dòng)化的。

德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Neel Seshan與半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英

TI強(qiáng)大的電容隔離技術(shù)

現(xiàn)在市場(chǎng)上較常見的隔離技術(shù)有光電隔離和變壓器隔離。而TI采用的技術(shù)是電容式隔離。TI的增強(qiáng)型隔離器采用邏輯輸入和輸出緩沖器，由雙電容SiO 2隔離屏障隔開，內(nèi)部有兩個(gè)內(nèi)核DAI，每一個(gè)DAI都有個(gè)電容信號(hào)。信號(hào)從左邊示意的線路里進(jìn)去的時(shí)候，首先通過調(diào)制經(jīng)過第一個(gè)隔離器，再通過綁定先進(jìn)入第二個(gè)隔離器，耦合到第二個(gè)DAI，通過第二個(gè)DAI解調(diào)，再把它通過電子信號(hào)傳輸。下圖是電氣原理示意圖，信號(hào)傳輸通路通過了兩個(gè)隔離電容對(duì)應(yīng)信號(hào)，這是TI新一代隔離性能增強(qiáng)的隔離器件普遍所使用的技術(shù)。

在談及為何選擇這種技術(shù)時(shí)，Neel Seshan解釋說：“因?yàn)殡娙菔礁綦x的核心材料是二氧化硅，二氧化硅在工業(yè)中具有已知最高的介電強(qiáng)度（500Vrms/μm），它對(duì)于溫度和濕度的變化影響非常小，在惡劣環(huán)境下也可保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，這是TI使用電容隔離技術(shù)的主要原因。并且采用多層氧化硅的集成電容器取代了獨(dú)立電容器，在通過電場(chǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可提供更高水平的隔離性?！?

總結(jié)一下，TI的電容隔離技術(shù)具有三個(gè)非常明顯的優(yōu)勢(shì)。其一，可靠的電機(jī)隔離使電子系統(tǒng)擁有更長(zhǎng)的使用壽命；其二，在噪聲環(huán)境下依然可保證高可靠性運(yùn)作；其三，通過集成和廣泛的產(chǎn)品組合簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并減少電路板空間的占用。TI的電容隔離產(chǎn)品系列結(jié)合了最高工作電壓和可靠性，可延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命并提供保護(hù)。為不斷增加的工業(yè)、汽車、電網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、樓宇自動(dòng)化等方面的應(yīng)用提供保護(hù)、降噪以及可靠性能的支持。

ISO224增強(qiáng)型隔離放大器

增強(qiáng)型隔離放大器ISO224具有高精度、高可靠性、更小尺寸等出色優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化與控制、電網(wǎng)自動(dòng)化、保護(hù)繼電器、鐵路運(yùn)輸、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及功率分析儀等工業(yè)領(lǐng)域。ISO224是一款精密的隔離放大器，采用寬體8引腳SOIC（DWV）封裝，此放大器的輸出與輸入電路由抗電磁干擾性能極強(qiáng)的隔離柵隔開。工作電壓提高50%，在高達(dá)1.5kVrms工作電壓下，可實(shí)現(xiàn)135年的使用壽命。此外，ISO224具有80kV/μs的高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI），可在嘈雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，確保數(shù)據(jù)完整性。

ISO224集成的高側(cè)電源電壓檢測(cè)功能可簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)的診斷功能，在安全性要求非常高的工業(yè)領(lǐng)域，尤其汽車領(lǐng)域都將有廣泛的應(yīng)用。Neel Seshan表示，ISO224是目前在±12V以內(nèi)的電壓傳感或電壓測(cè)量應(yīng)用里，能夠做到精度最高的隔離運(yùn)算放大器。該器件由高側(cè)單電源供電運(yùn)行，此獨(dú)有的特性可簡(jiǎn)化隔離式電源的設(shè)計(jì)，降低成本。ISO224還專門針對(duì)精確檢測(cè)±10V信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，該信號(hào)在工業(yè)應(yīng)用中十分普遍。同時(shí)提供高級(jí)（ISO224B）與低級(jí)（ISO224A）兩個(gè)版本。

ISO1042隔離式CAN FD收發(fā)器

隨著汽車總線通訊的數(shù)據(jù)量越來越大的問題日益凸顯，CAN FD正在成為下一代汽車通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。TI推出的第二款超小型增強(qiáng)隔離式CAN FD收發(fā)器ISO1042，能提供±70V直流總線故障保護(hù)功能和±30V共模電壓范圍。和ISO224一樣，ISO1042的高工作電壓可以提升系統(tǒng)可靠性和器件壽命。兼容CAN FD協(xié)議，相比于傳統(tǒng)的CAN總線能提供超高速率的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)5Mbps通訊傳輸速率，同時(shí)也有215ns（最大值）的短環(huán)路延遲，使得CAN FD總線通訊速率有很大提高。從EMC和EMI角度來講，ISO1042可以提供最小的電磁干擾輻射和最高的抗電磁干擾性能。

Neel Seshan表示，ISO1042采用二氧化硅絕緣隔柵。在測(cè)試可靠壽命預(yù)期時(shí)加5000Vrms高壓下，能夠預(yù)判的可靠工作壽命可以達(dá)到270年，這是比以往的產(chǎn)品提升80%的參數(shù)。與隔離式電源一起使用，可防止數(shù)據(jù)總線或者其他電路上的噪聲電流進(jìn)入本地接地并干擾或損壞敏感電路。隔離式CAN FD收發(fā)器ISO1042將會(huì)是汽車電子與工業(yè)場(chǎng)景里應(yīng)用最多的隔離器件。

上圖是ISO1042的EMI和EMC性能在IEC TS62228標(biāo)準(zhǔn)下的實(shí)測(cè)波形（TS62228是市場(chǎng)上最嚴(yán)苛的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)之一）。ISO1042在TS62228測(cè)試條件下，所有的頻段、所有的頻點(diǎn)完全可以滿足要求，而且有相當(dāng)大的裕度。并且在EMC抗電磁干擾性能上，ISO1042同樣有對(duì)于共模瞬態(tài)干擾的抑制能力或抗共模瞬態(tài)干擾能力，數(shù)值可以達(dá)到85kV/μs的共模抑制，每個(gè)器件均通過±8kV的靜電測(cè)試要求。ISO1042還具有自身的保護(hù)功能，導(dǎo)致不會(huì)被瞬間短路電壓破壞或損壞。在實(shí)測(cè)性能上，ISO1042可以抗70V的高壓保護(hù)。強(qiáng)抗干擾性和低輻射使它在工業(yè)和汽車領(lǐng)域大有可為，不僅支持交流和伺服驅(qū)動(dòng)器，還涵蓋工業(yè)電源、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、樓宇自動(dòng)化、光伏逆變器、PLC和DCS通信模塊等應(yīng)用。

Neel Seshan表示，在過去很多年里，汽車電子是沒有隔離的。隨著新能源汽車的出現(xiàn)帶來了汽車電池管理系統(tǒng)（BMS），電動(dòng)汽車引擎驅(qū)動(dòng)，OBC車載電池充電器，以及DC/DC車載能源電池包，高壓變低壓的DC/DC變換器，這些汽車部件都對(duì)隔離器件提出了新的需求。為適應(yīng)更多的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景以及更多的隔離技術(shù)要求，TI將會(huì)在更小尺寸，更高集成，更高精度，更高隔離電壓等細(xì)節(jié)性能上不斷發(fā)展創(chuàng)新，隨著市場(chǎng)需求不斷向前發(fā)展。