ISO723xx高速三通道數字隔離器：設計與應用指南

在電子設計領域，數字隔離器是保障系統安全、穩定運行的關鍵組件。今天我們來深入探討TI公司的ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M這三款高速三通道數字隔離器，它們在工業自動化、計算機外設接口等眾多領域有著廣泛的應用。

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一、主要特性

（一）高速信號傳輸

ISO723xx系列提供25Mbps和150Mbps兩種信號速率選項，能夠滿足不同應用場景對數據傳輸速度的需求。同時，該系列產品具有低通道間輸出偏斜（最大1ns）、低脈沖寬度失真（PWD，最大2ns）和低抖動（150Mbps時典型值1ns）等優點，確保了信號傳輸的準確性和穩定性。

（二）長壽命與高可靠性

在額定工作電壓下，該系列產品典型壽命可達25年，為長期運行的系統提供了可靠的保障。此外，產品具備4kV ESD保護，能夠有效抵御靜電干擾，提高了產品的抗干擾能力。

（三）寬工作電壓與電平轉換

ISO723xx可使用3.3V或5V電源供電，支持3.3V和5V電平轉換，方便與不同電壓等級的電路進行接口。這種靈活性使得該系列產品在各種電源環境下都能穩定工作。

（四）高電磁兼容性

產品具有高電磁抗擾度，能夠在復雜的電磁環境中正常工作，減少了電磁干擾對信號傳輸的影響。其工作溫度范圍為 -40°C至125°C，適用于各種惡劣的工業環境。

（五）安全認證

該系列產品符合多項安全相關認證，如DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577組件認可計劃以及IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1認證等，為系統的安全性提供了有力保障。

二、應用領域

（一）工廠自動化

在工廠自動化系統中，ISO723xx可用于Modbus、Profibus?、DeviceNet?等數據總線，實現信號的隔離傳輸，防止不同設備之間的干擾和故障傳播。

（二）計算機外設接口

在計算機外設接口中，該系列產品可用于隔離數據信號，保護敏感電路免受外部干擾，提高系統的穩定性和可靠性。

（三）伺服控制接口

在伺服控制接口中，ISO723xx能夠隔離控制信號和功率信號，確保控制信號的準確性和穩定性，提高伺服系統的性能。

（四）數據采集

在數據采集系統中，產品可用于隔離傳感器信號和采集電路，減少干擾，提高采集數據的準確性。

三、產品描述

ISO7230和ISO7231是三通道數字隔離器，具有多種通道配置和輸出使能功能。這些設備的邏輯輸入和輸出緩沖器由TI的二氧化硅（SiO?）隔離屏障分隔，結合隔離電源使用時，能夠阻擋高電壓、隔離接地，并防止數據總線或其他電路上的噪聲電流進入本地接地，從而避免干擾或損壞敏感電路。

四、產品對比

從表格中可以看出，不同型號的產品在信號速率、輸入閾值和通道配置等方面存在差異，工程師可以根據具體的應用需求選擇合適的產品。

五、引腳配置與功能

ISO7230和ISO7231采用16引腳的DW（SOIC）封裝，不同引腳具有不同的功能，如輸入、輸出、使能、電源和接地等。具體引腳功能如下表所示：

在實際應用中，正確連接引腳是確保產品正常工作的關鍵。

六、規格參數

（一）絕對最大額定值

產品的絕對最大額定值規定了設備在正常工作時所能承受的最大電壓、電流和溫度等參數。例如，電源電壓（V CC1、V CC2）的范圍為 -0.5V至6V，輸入和輸出引腳的電壓范圍為 -0.5V至V CC + 0.5V（最大不超過6V）等。超出這些額定值可能會導致設備永久性損壞，因此在設計時必須嚴格遵守。

（二）ESD額定值

產品具有良好的ESD保護能力，人體模型（HBM）下的ESD額定值為±4000V，帶電設備模型（CDM）下的ESD額定值為±1000V。這使得產品在實際應用中能夠更好地抵御靜電干擾。

（三）熱信息

了解產品的熱信息對于確保設備在正常溫度范圍內工作至關重要。ISO723xx的熱阻參數包括結到環境熱阻（R θJA）、結到外殼（頂部）熱阻（R θJC(top)）、結到電路板熱阻（R θJB）等。例如，在DW（SOIC）16引腳封裝中，R θJA為168°C/W。

（四）推薦工作條件

為了確保產品的性能和可靠性，建議在推薦工作條件下使用。例如，電源電壓（V CC1、V CC2）的范圍為3.15V至5.5V，輸入脈沖寬度和信號速率等參數也有相應的要求。在不同的型號中，這些參數可能會有所不同，工程師需要根據具體產品進行選擇。

（五）功率額定值

在特定的工作條件下，產品的功率消耗是一個重要的參數。例如，在V CC1 = V CC2 = 5.5V、TJ = 150°C、C L = 15pF、輸入為50%占空比、25Mbps方波的條件下，ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M的設備功率耗散為220mW。

（六）絕緣規格

產品的絕緣規格包括外部間隙（CLR）、外部爬電距離（CPG）、絕緣距離（DTI）、比較跟蹤指數（CTI）等。這些參數對于確保產品的電氣絕緣性能至關重要，在設計電路板時需要特別注意。

（七）安全相關認證

ISO723xx符合多項安全相關認證，如VDE、CSA和UL等認證。這些認證表明產品在安全性能方面符合相關標準，為系統的安全性提供了保障。

（八）安全限制值

安全限制值旨在最小化輸入或輸出電路故障時對隔離屏障的潛在損壞。例如，安全輸入、輸出或電源電流（I S）和安全溫度（T S）等參數都有相應的限制。

（九）電氣特性

產品的電氣特性包括電源電流、睡眠模式輸出電流、高低電平輸出電壓、輸入電壓滯后、輸入電容和共模瞬態抗擾度等。這些特性在不同的電源電壓下可能會有所不同，工程師需要根據具體的應用場景進行選擇。

（十）開關特性

開關特性包括傳播延遲、脈沖寬度失真、通道間輸出偏斜、輸出信號上升和下降時間等。這些特性對于確保信號的準確傳輸至關重要，在高速信號傳輸應用中需要特別關注。

七、參數測量信息

文檔中提供了各種參數的測量信息，包括測試電路和電壓波形等。例如，在測量開關特性時，需要使用特定的輸入脈沖發生器和負載電容等。了解這些測量信息有助于工程師準確地測試和驗證產品的性能。

八、詳細描述

（一）概述

ISO723x系列設備通過基于二氧化硅的隔離屏障傳輸數字數據。設備的數字輸入信號（IN）由發射器采樣，在每個數據邊沿，發射器將相應的差分信號發送到隔離屏障另一側。當輸入信號靜止時，刷新邏輯會定期發送必要的差分信號。接收器將差分信號轉換為單端信號，并通過緩沖器輸出到OUT引腳。如果接收器未接收到數據或刷新信號，超時邏輯會檢測到輸入側信號或電源丟失，并將輸出驅動到默認電平。

（二）功能框圖

產品的功能框圖展示了其內部結構，包括發射器、接收器、刷新邏輯和超時邏輯等。通過理解功能框圖，工程師可以更好地了解產品的工作原理。

（三）特性描述

ISO723x系列產品具有多種通道配置和默認輸出狀態選項，以滿足不同的應用需求。例如，ISO7240CF、ISO7241C和ISO7242C等型號具有不同的通道配置和輸入閾值。

（四）設備功能模式

文檔中列出了ISO7231C - Q1的功能模式表，展示了不同輸入和輸出條件下的輸出狀態。了解這些功能模式有助于工程師正確地使用產品。

九、應用與實現

（一）應用信息

ISO723x采用單端TTL或CMOS邏輯開關技術，電源電壓范圍為3.15V至5.5V。在設計數字隔離器時，需要注意由于其單端設計結構，數字隔離器不遵循任何特定的接口標準，僅用于隔離單端CMOS或TTL數字信號線。隔離器通常放置在數據控制器（如μC或UART）和數據轉換器或線路收發器之間。

（二）典型應用

以ISO7231為例，結合德州儀器的混合信號微控制器、RS - 485收發器、變壓器驅動器和電壓調節器，可以創建一個隔離的RS - 485系統。這種應用展示了產品在實際系統中的使用方法。

（三）電源供應建議

為了確保產品在所有數據速率和電源電壓下可靠運行，建議在輸入和輸出電源引腳（V CC1和V CC2）處使用0.1μF的旁路電容，并將電容盡可能靠近電源引腳放置。如果應用中只有單個初級側電源可用，可以使用變壓器驅動器（如德州儀器的SN6501）為次級側生成隔離電源。

（四）布局

在PCB設計中，為了實現低EMI設計，建議使用至少四層電路板，層疊順序為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。高速信號應在頂層布線，以避免使用過孔和引入電感。接地層應緊鄰高速信號層，以建立傳輸線互連的受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑。電源層應緊鄰接地層，以增加高頻旁路電容。低頻控制信號可以在底層布線，以提供更大的靈活性。

十、設備與文檔支持

（一）文檔支持

德州儀器提供了相關的文檔，如隔離詞匯表、如何使用隔離提高工業系統的ESD、EFT和浪涌抗擾度等應用筆記，以及數字隔離器設計指南等。這些文檔可以幫助工程師更好地了解和使用產品。

（二）接收文檔更新通知

工程師可以通過導航到設備產品文件夾并點擊“Notifications”來注冊接收文檔更新通知，以便及時了解產品信息的變化。

（三）支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、驗證答案和設計幫助的重要來源。工程師可以在論壇上搜索現有答案或提出自己的問題，以獲得所需的設計幫助。

（四）商標說明

文檔中對相關商標進行了說明，如Profibus?、DeviceNet?和TI E2E?等商標的歸屬。

（五）靜電放電注意事項

由于該集成電路可能會受到ESD損壞，德州儀器建議在處理所有集成電路時采取適當的預防措施，以避免因ESD損壞導致的性能下降或設備故障。

（六）術語表

文檔中提供了TI術語表，解釋了相關的術語、首字母縮略詞和定義，有助于工程師更好地理解文檔內容。

十一、修訂歷史

文檔記錄了產品數據手冊的修訂歷史，包括從不同版本到當前版本的更改內容，如修正錯別字、更新認證信息、調整表格和圖形編號格式等。了解修訂歷史可以幫助工程師了解產品的發展和改進過程。

十二、機械、封裝和可訂購信息

文檔提供了產品的機械、封裝和可訂購信息，包括不同型號的封裝類型、引腳數量、工作溫度范圍、物料類型、可訂購的零件編號、狀態、RoHS值、引腳鍍層/球材料、MSL評級/峰值回流溫度和零件標記等。此外，還提供了磁帶和卷軸信息、磁帶和卷軸盒尺寸、通用封裝視圖、封裝輪廓、示例電路板布局和示例模板設計等詳細信息。

綜上所述，ISO723xx系列高速三通道數字隔離器具有多種優秀的特性和廣泛的應用領域。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用需求選擇合適的產品，并嚴格按照規格參數和設計建議進行設計和布局，以確保系統的性能和可靠性。同時，充分利用德州儀器提供的文檔和支持資源，可以幫助工程師更好地完成設計任務。你在使用這些數字隔離器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。