德州儀器發(fā)布新款電容隔離器件，強(qiáng)化工業(yè)與汽車系統(tǒng)的可靠性

市場的快速發(fā)展激發(fā)了很多新產(chǎn)品和新技術(shù)的誕生，比如隔離技術(shù)。隔離放大器主要用于防止數(shù)據(jù)采集器件遭受遠(yuǎn)程傳感器出現(xiàn)的潛在破壞性電壓的影響。這是因?yàn)?/span>在很多應(yīng)用情境下，都需要傳輸更高的功率，為了達(dá)到這樣的效果通常采用提高電壓或者增大電流的方式。增大電流對(duì)于導(dǎo)線有更高的要求，一般越大的電流需要越小的傳輸電阻，這種情況之下，只能加粗銅線的截面積，整合系統(tǒng)的成本就會(huì)明顯上升。考慮到傳輸更大功率，提高電壓是在電氣或成本上比較容易實(shí)現(xiàn)的方法，因此為了低壓側(cè)的安全，就需要加入隔離措施。

近日，德州儀器（TI）宣布推出業(yè)內(nèi)最高精度的增強(qiáng)型隔離放大器ISO224 和具有 70V 總線故障保護(hù)功能和靈活數(shù)據(jù)速率的隔離式 CAN FD 收發(fā)器ISO1042。德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場工程師 Neel Seshan 先生，半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英先生現(xiàn)場講解了兩款放大器的獨(dú)特之處。

一直以來，TI在隔離產(chǎn)品投入很多時(shí)間和精力，過去TI發(fā)布了ISO7和ISO8系列隔離器件，可以同時(shí)服務(wù)工業(yè)和汽車電子領(lǐng)域的，也發(fā)布了隔離+隔離電源器件的ISOW，可同時(shí)應(yīng)用于工業(yè)和汽車電子領(lǐng)域?？梢哉f，隔離產(chǎn)品將會(huì)是TI今后重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)于需要隔離器件的原因，NeelSeshan 先生表示：

1、對(duì)電子系統(tǒng)的隔離措施。低壓部分和高壓部分的電子電路一方面必須要通訊，另一方面要對(duì)操作人員和低壓系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，所以要把低壓和高壓部分隔離開來。

2、在很多電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)里會(huì)有參考電平的情況出現(xiàn)，比如高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)之間參考電平是不一樣的，如果直接把兩個(gè)子系統(tǒng)連接起來，會(huì)造成電器上的損壞，所以需要把不同電平之間的子系統(tǒng)用隔離的器件連接起來；

3、提高對(duì)于噪聲的免疫性能，能夠把噪聲隔離開，實(shí)現(xiàn)有效可靠的通信。

常見的隔離技術(shù)有光電隔離、變壓器隔離、電容隔離等，TI采用核心材料是二氧化硅的電容式隔離。之所以選用二氧化硅，是因?yàn)槎趸璞旧砭哂凶罡叩慕殡姀?qiáng)度，并且極其穩(wěn)定。Neel Seshan 先生解釋到：在光電隔離和變壓器隔離里所使用的材料是有機(jī)材料，有機(jī)材料對(duì)于外界環(huán)境因素變化有敏感性，最常見的是濕度和溫度。當(dāng)濕度和溫度變化的時(shí)候，它的介電強(qiáng)度會(huì)隨之發(fā)生變化。二氧化硅就是玻璃，對(duì)于溫度和濕度的變化影響非常小，非常穩(wěn)定，這也是TI使用這個(gè)技術(shù)的主要原因。

除了選用二氧化硅作為介質(zhì)，TI還采用了更為先進(jìn)的隔離技術(shù)。TI隔離器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸通路歷史機(jī)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)。

ISO224

ISO224是具有業(yè)內(nèi)最高的精度和工作電壓以及極長的使用壽命、能夠大幅提升隔離性能的隔離放大器，它典型應(yīng)用于電壓采樣設(shè)計(jì)部分的器件。

ISO224的第一個(gè)特點(diǎn)就是高可靠性。ISO224在通過TDDB（關(guān)于導(dǎo)通或擊穿壽命的測(cè)試）中發(fā)現(xiàn)，在1.5 kV的壽命測(cè)試是135年，一般電子系統(tǒng)的壽命是幾年或十幾、二十年。同時(shí)，ISO224具有共模瞬態(tài)噪聲的變異能力，當(dāng)它在非常嘈雜環(huán)境工作的時(shí)候，能達(dá)到80Vrms/μs共模瞬態(tài)噪聲抑制能力。

ISO224的第二個(gè)特點(diǎn)是增益誤差，運(yùn)放增益誤差本身的漂移，ISO224B可以做到0.3%的增益誤差，所有這些性能參數(shù)都在-55度到125度整個(gè)全溫度工作范圍內(nèi)測(cè)得到或達(dá)得到。同時(shí)，隔離運(yùn)放輸出帶寬最高可達(dá)275kHz，輸出信號(hào)帶寬越寬，測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)反應(yīng)就越快。

ISO224能給設(shè)計(jì)帶來的另一個(gè)好處是精簡的外部電路設(shè)計(jì)以及很強(qiáng)的診斷能力。從電源設(shè)計(jì)上來講，它是單端的5V充分電源，不需要正負(fù)電壓設(shè)計(jì)。簡化的設(shè)計(jì)可以比傳統(tǒng)的隔離放大電路減小60%的PCB面積。從診斷功能上來講，當(dāng)輸出端的功能電壓或供電正常，被隔離的高壓端電源系統(tǒng)工作正常的時(shí)候，該器件會(huì)有共模電壓輸出。當(dāng)高壓端或被隔離這一端的電源出了問題的時(shí)候，共模電壓就會(huì)掉到零，利用這個(gè)特性，ISO224能夠?qū)τ诟邏憾耸欠裾９ぷ髯龀鲈\斷。

ISO1042

CANFD正在成為下一代汽車通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，他能夠解決汽車總線通訊的數(shù)據(jù)量越來越大的問題。ISO1042就是業(yè)界超小型增強(qiáng)隔離式CAN FD收發(fā)器，能提供更高的總線故障保護(hù)。

TIISO1042 和ISO1042-Q1隔離式CAN FD收發(fā)器的主要特性和優(yōu)勢(shì)

1、更高工作電壓：ISO1042和ISO1042-Q1的工作電壓為1,000Vrms（提高了18%），耐受電壓為5,000Vrms，具有更長的使用壽命，從而有效提高了系統(tǒng)可靠性。

2、增強(qiáng)設(shè)備保護(hù)：ISO1042和ISO1042-Q1具有±70V的高總線故障保護(hù)，對(duì)DC短路裕度提高了20%，可在發(fā)生高壓短路時(shí)保護(hù)12V、24V和48V電池或電源系統(tǒng)。

3、業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的抗擾度和輻射

?更強(qiáng)的抗電磁干擾性能：ISO1042和ISO1042-Q1的共模瞬變抗擾度（CMTI）為85kV/us（最低值），具有+/-8kV的高ESD保護(hù)性能，采用國際電工委員會(huì)（IEC）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可幫助工程師設(shè)計(jì)出能夠在嘈雜環(huán)境下保持正常運(yùn)行的電子設(shè)備。

?更低EMC輻射：ISO1042和ISO1042-Q1 具有業(yè)內(nèi)更低的電磁兼容性（EMC）輻射，從而有效保證系統(tǒng)信號(hào)的完整性。ISO1042-Q1 符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IEC TS62228），可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的EMC。

4、在基于CAN的系統(tǒng)中更快地驅(qū)動(dòng)信號(hào)：這兩款收發(fā)器支持高達(dá)5Mbps的CAN靈活數(shù)據(jù)速率，循環(huán)延時(shí)短，僅為215ns（最大值），與傳統(tǒng)CAN相比，可實(shí)現(xiàn)更快的有效負(fù)載。

目前，TI已在官網(wǎng)上傳了ISO224和ISO1042已有文檔和數(shù)據(jù)表、演示視頻等資料，還有其他的隔離信息，比如如何提高在高壓工況下的可靠性和質(zhì)量等內(nèi)容。