ISO72x單通道高速數(shù)字隔離器全解析

作為電子工程師，在設(shè)計電路時，數(shù)字隔離器是我們常常會用到的關(guān)鍵器件。今天，我要給大家詳細介紹德州儀器（TI）的ISO721、ISO721M、ISO722和ISO722M單通道高速數(shù)字隔離器。

文件下載：iso722m.pdf

一、特性亮點

ISO72x系列數(shù)字隔離器具有眾多令人矚目的特性，這些特性使得它在眾多應(yīng)用場景中脫穎而出。

高速與低延遲

它提供100和150Mbps的信號速率選項，能夠滿足不同高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆５湫偷膫鞑パ舆t僅為12ns，脈沖偏斜典型值為0.5ns，這意味著信號能夠快速、準確地傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蜏蚀_性。大家可以思考一下，在哪些對數(shù)據(jù)傳輸速度和精度要求極高的場景中，這些特性會發(fā)揮至關(guān)重要的作用呢？

低功耗與長壽命

具備低功耗睡眠模式，能夠有效降低系統(tǒng)的功耗。在額定工作電壓下，典型壽命可達28年，這為系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行提供了可靠保障。對于一些需要長時間不間斷工作的設(shè)備來說，這樣的長壽命特性無疑是非常重要的。

高抗干擾與安全認證

具有高電磁抗擾度，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。同時，還具備故障安全輸出功能，當輸入電源丟失或出現(xiàn)故障時，輸出會被驅(qū)動到一個安全的邏輯高狀態(tài)，避免系統(tǒng)出現(xiàn)異常。此外，它還通過了多項安全相關(guān)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，這充分證明了其安全性和可靠性。

二、應(yīng)用場景廣泛

ISO72x系列數(shù)字隔離器的應(yīng)用場景十分廣泛，涵蓋了工業(yè)自動化、計算機外設(shè)接口等多個領(lǐng)域。

工業(yè)自動化領(lǐng)域

在工廠自動化中，它可用于Modbus、Profibus?、DeviceNet?等數(shù)據(jù)總線，能夠有效隔離數(shù)據(jù)總線和本地接地之間的噪聲電流，保護敏感電路不受干擾和損壞。在伺服控制接口中，它可以確保控制信號的準確傳輸，提高伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

計算機與數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域

在計算機外設(shè)接口中，它可用于隔離不同設(shè)備之間的信號，避免信號干擾。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，它能夠有效隔離采集電路和處理電路，提高數(shù)據(jù)采集的準確性和可靠性。

三、詳細描述

內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

ISO721、ISO721M、ISO722和ISO722M設(shè)備的邏輯輸入和輸出緩沖器由二氧化硅（SiO?）絕緣屏障隔開，該屏障可提供高達4000 VPK的電隔離。當二進制輸入信號進入設(shè)備后，會先進行調(diào)理，轉(zhuǎn)換為平衡信號，然后通過隔離屏障進行差分處理。在隔離屏障的另一側(cè)，差分比較器接收邏輯轉(zhuǎn)換信息，相應(yīng)地設(shè)置或重置觸發(fā)器和輸出電路。同時，會定期發(fā)送更新脈沖以提供輸出的正確直流電平。如果在超過4μs的時間內(nèi)沒有接收到直流刷新脈沖，則輸入被認為未供電或未被主動驅(qū)動，故障安全電路會將輸出驅(qū)動到邏輯高狀態(tài)。

不同型號的差異

ISO722和ISO722M設(shè)備包含一個低電平有效輸出使能端，當驅(qū)動到高邏輯電平時，輸出將處于高阻抗狀態(tài)，并關(guān)閉內(nèi)部偏置電路以節(jié)省功率。ISO721和ISO722設(shè)備具有TTL輸入閾值和輸入噪聲濾波器，可防止持續(xù)時間長達2ns的瞬態(tài)脈沖傳遞到設(shè)備輸出。而ISO721M和ISO722M設(shè)備具有CMOS VCC / 2輸入閾值，但沒有噪聲濾波器和額外的傳播延遲，這使得ISO721M設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)低抖動操作。

四、規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

在使用ISO72x系列數(shù)字隔離器時，必須要注意其絕對最大額定值。例如，電源電壓VCC1和VCC2的范圍為 - 0.5V至6V，輸入電壓范圍為 - 0.5V至VCC + 0.5V（最大電壓不得超過6V），輸出電流最大為±15mA，最大結(jié)溫為170°C，存儲溫度范圍為 - 65°C至150°C。超出這些額定值可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞，所以在設(shè)計電路時一定要嚴格遵守。

電氣和開關(guān)特性

在不同的電源電壓和工作條件下，ISO72x系列數(shù)字隔離器具有不同的電氣和開關(guān)特性。例如，在5V和3.3V電源電壓下，其靜態(tài)和不同信號速率下的電源電流、輸出電壓、輸入電流、輸入電容和共模瞬態(tài)抗擾度等參數(shù)都有所不同。在開關(guān)特性方面，不同型號的傳播延遲、脈沖偏斜、輸出信號上升和下降時間、睡眠模式傳播延遲、故障安全輸出延遲時間和峰 - 峰眼圖抖動等參數(shù)也存在差異。這些參數(shù)對于我們設(shè)計電路時選擇合適的型號和確定工作條件非常重要。

五、應(yīng)用與實現(xiàn)

典型應(yīng)用電路

以ISO721設(shè)備為例，它可以與德州儀器的微控制器、CAN收發(fā)器、變壓器驅(qū)動器和低壓差電壓調(diào)節(jié)器一起使用，創(chuàng)建一個隔離CAN接口。在這個應(yīng)用電路中，ISO721設(shè)備起到了隔離數(shù)據(jù)信號和電源的作用，確保CAN總線的穩(wěn)定運行。

設(shè)計要求與步驟

與光耦合器不同，ISO72x設(shè)備只需要兩個外部旁路電容器即可工作，大大簡化了設(shè)計。在設(shè)計時，需要將0.1μF的旁路電容器盡可能靠近輸入和輸出電源引腳（VCC1和VCC2）放置，以提供可靠的電源供應(yīng)。同時，ISO72x隔離器與大多數(shù)其他供應(yīng)商的產(chǎn)品具有相同的功能引腳排列，通常可以直接替代，這為我們的設(shè)計提供了很大的便利。

布局建議

為了實現(xiàn)低EMI的PCB設(shè)計，建議采用至少四層的電路板，層堆疊順序為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。將高速跡線布置在頂層可以避免使用過孔，減少電感的引入，同時為隔離器與數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)射和接收電路之間提供干凈的互連。將實心接地層放置在高速信號層旁邊可以為傳輸線互連建立受控阻抗，并為回流電流提供低電感路徑。將電源層放置在接地層旁邊可以創(chuàng)建額外的高頻旁路電容。將低速控制信號布置在底層可以提供更大的靈活性。對于數(shù)字電路板，在信號速率低于150Mbps或上升和下降時間大于1ns且跡線長度不超過10英寸時，建議使用標準FR - 4 UL94V - 0印刷電路板，因為它在高頻下具有較低的介電損耗、較少的水分吸收、更高的強度和剛度以及自熄性。

六、設(shè)備與文檔支持

德州儀器為ISO72x系列數(shù)字隔離器提供了豐富的設(shè)備和文檔支持。在開發(fā)支持方面，提供了多個TI參考設(shè)計和ISO72x IBIS模型。在文檔支持方面，提供了數(shù)字隔離器設(shè)計指南、隔離術(shù)語表、隔離RS - 485參考設(shè)計應(yīng)用報告和ISO721EVM用戶指南等相關(guān)文檔。我們還可以通過ti.com注冊接收文檔更新通知，并且可以在TI E2E?支持論壇上獲取快速、經(jīng)過驗證的答案和設(shè)計幫助。

ISO72x系列數(shù)字隔離器以其出色的特性、廣泛的應(yīng)用場景和完善的支持文檔，為我們電子工程師在設(shè)計電路時提供了一個非常好的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和工作條件，合理選擇型號，并嚴格按照規(guī)格參數(shù)和設(shè)計建議進行設(shè)計，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。