數(shù)字隔離器已成為光耦合器的一種更優(yōu)越的替代品，具有尺寸更小、速度更快、功耗更低、集成更簡單和可靠性更高等優(yōu)點。

在過去，設(shè)計工業(yè)、醫(yī)療和其他隔離系統(tǒng)的工程師在安全隔離方面的選擇有限，通常默認使用光耦合器。如今，數(shù)字隔離器提供了更先進的解決方案，在性能、緊湊性、能效和成本效益方面均表現(xiàn)出色。選擇合適的數(shù)字隔離器需要了解三個關(guān)鍵方面：絕緣材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方法。

使用隔離主要是為了符合安全標準并減少接地環(huán)路的干擾，確保無需直接電氣連接即可傳輸數(shù)據(jù)。雖然隔離是必要的，但它帶來了信號延遲、功耗增加和額外成本等挑戰(zhàn)。數(shù)字隔離器的目標是在符合安全標準的同時盡量減少這些缺點。

光耦合器是傳統(tǒng)的隔離選擇，但通常功耗高且數(shù)據(jù)傳輸速率有限（通常低于1Mbps）。雖然存在更新、更高效的版本，但它們的成本是較高的。

十多年前開始商業(yè)化的數(shù)字隔離器通過使用基于CMOS的技術(shù)解決了光耦合器的局限性。這些隔離器可大幅降低成本和功耗，同時實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。數(shù)字隔離器的有效性取決于其絕緣材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸方法，所有這些因素必須協(xié)同工作才能在不影響安全性的情況下保持性能。

絕緣材料：

數(shù)字隔離器采用標準半導體材料制造，最常見的是聚酰亞胺和二氧化硅(SiO2) 等聚合物。這些材料的絕緣性能已得到充分認可，聚酰亞胺作為可靠的高壓絕緣體有著悠久的歷史。

安全法規(guī)通常要求特定的耐壓額定值和工作電壓?；诰埘啺返臄?shù)字隔離器與光耦合器非常相似，具有出色的絕緣性能，特別適合需要高可靠性和浪涌保護的應(yīng)用。聚酰亞胺可以涂在比SiO2 更厚的層上，從而增強絕緣性能并減少材料應(yīng)力，從而提高耐用性。

隔離器結(jié)構(gòu)設(shè)計：

在數(shù)字隔離器中，數(shù)據(jù)通過變壓器磁性傳輸或通過電容器電氣傳輸穿過隔離屏障。與使用發(fā)光二極管(LED) 的光耦合器不同，數(shù)字隔離器中的變壓器通過磁場在次級線圈中感應(yīng)電流，提供出色的共模瞬變免疫力，并實現(xiàn)更厚的絕緣層以增強隔離。

相比之下，電容器使用電場來傳輸數(shù)據(jù)。盡管電容器在高數(shù)據(jù)速率下更節(jié)能，但它們更容易受到共模瞬變的干擾。使用差分電容器對可以緩解此問題，但代價是增加尺寸和成本。

數(shù)據(jù)傳輸方法：

光耦合器依靠LED 傳輸數(shù)據(jù)，當 LED 亮起時，LED 會持續(xù)消耗電力，從而使其效率降低。然而，數(shù)字隔離器使用先進的電路來編碼和解碼數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更快的傳輸速度和管理 USB 和 I2C 等復雜接口的能力。

數(shù)字隔離器中使用的一種方法是將數(shù)據(jù)邊緣編碼為驅(qū)動變壓器的單脈沖或雙脈沖。與光耦合器相比，這種方法顯著降低了功耗，因為僅在脈沖期間使用功率，而不是連續(xù)使用。另一種方法涉及射頻調(diào)制信號，雖然功耗更大，但在概念上類似于光耦合器中的基于光的傳輸。

選擇最佳數(shù)字隔離器：

數(shù)字隔離器在尺寸、速度、功耗和用戶友好性方面具有眾多優(yōu)勢。但是，對于給定應(yīng)用，最佳數(shù)字隔離器取決于絕緣材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸方法的組合。聚酰亞胺基隔離器非常適合醫(yī)療和重工業(yè)設(shè)備等要求嚴格的應(yīng)用，這些應(yīng)用需要強隔離。對于要求不高的情況，基于電容器的隔離器可能就足夠了，而采用差分數(shù)據(jù)傳輸方法的基于變壓器的隔離器可為安全關(guān)鍵應(yīng)用提供最高級別的性能。

審核編輯 黃宇