基于电磁耦合技术的第二代数字隔离器原理及特点

2021-06-08 荣湃半导体
数字隔离器,荣湃半导体

变压器一般由两个绕组,即一次绕组和二次绕组组成,这两个绕组通过磁芯而发生耦合。将交流电压施加给其中的一个绕组时,这个绕组中就会有电流流动,从而形成磁动势,因此,磁芯中出现交变磁通。这种交变磁通通过两个绕组,使其分别感应出电动势。这就是著名的法拉第电磁感应定律的典型应用。但变压器不能传递直流信号,对频率很低的信号,激磁电感变得很小,传递效果也不好。要用变压器传递直流和低频信号,须在输入端将输入信号调制成一个交流信号,用变压器传递此信号,在输出端解调,得到一个与输入信号相关的输出信号。这种电信号的“电-磁-电”的转换和传输实现了电磁耦合技术核心功能---电信号间的隔离传输和电能的隔离传输。


随着技术的发展,MEMS技术(Micro-Electro-Mechanical System,微电子机械系统)使得片上变压器制作成为可以,也为电磁隔离提供了新的发展方向。片上变压器是采用MEMS工艺等集成电路制作手段设计的微米级电感线圈对,基本原理与普通变压器相同,相互靠近的导电线圈通过磁通变化相互感应,但是片上变压器体积小,没有磁芯,高频耦合性能好且不存在磁饱和、退磁等现象。由于体积与集成IC相当,可以利用封装技术与集成电路封装在一起。


由以上分析可以看出,基于电磁耦合技术的芯片级数字隔离器原理框图如图1所示。与第一代数字隔离器(高速光耦)相比,电信号隔离传输路径由“电-光-电”转化成“电-磁-电”,因此我们可以称基于电磁耦合技术的数字隔离器为第二代数字隔离器。

图1 基于电磁耦合技术数字隔离器原理框图


电磁耦合技术利用不断变化的磁场通过隔离栅实现电信号的传输,因此第二代数字隔离器具有如下特点:


1.共模噪声相对较小;

2.可以传输电能;

3.需要激磁电流,无法降低功耗;

4.使用高频载波技术,高频载波和谐波对外界产生电磁辐射大;

5.空心线圈易受外部磁场(噪声)的干扰,磁场抗扰度(MFI)低;


荣湃的1系列的数字隔离器是采用电容耦合技术。该系列数字隔离器集成的片上电容可实现更快速的数据传输和更高的信号完整性,其抗磁干扰能力比电磁耦合技术好很多,且功耗较高性能光电耦合技术降低了很多。荣湃的数字隔离器具有极高的性价比,非常适用于RS485/422通信,CAN总线,SPI总线,现场总线等有干扰的工业网络中应用。

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  • horrybotter Lv4. 资深工程师 2021-06-10
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