磁隔離

磁隔離

磁隔離是ADI公司 iCoupler® 專利技術，是基於晶元級變壓器的隔離技術。

磁耦

磁耦是基於iCoupler磁隔離 技術的隔離器件，也稱為磁隔離器。

iCoupler磁隔離可以在低成本條件下實現多通道及其他功能集成。iCoupler磁隔離變壓器採用平面結構，在晶圓鈍化層上使用CMOS金屬和金構成。金層下有一個高擊穿的聚醯亞胺層，將頂部的變壓器線圈與底部的線圈隔離開來。連接頂部線圈和底部線圈的CMOS電路為每個變壓器及其外部信號之間提供介面。晶片級信號處理提供了一種在單顆晶元中集成多個隔離通道以及其它半導體功能的低成本的方法。iCoupler磁隔離技術消除了與光耦合器相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題；功耗降低了90%；並且無需外部驅動器或分立器件。

基於磁隔離技術的磁耦隔離器，使用傳送到給定變壓器初級端的1 ns脈衝對輸入邏輯跳變進行編碼。這些脈衝從變壓器初級線圈耦合到次級線圈，並且由次級端電路檢測。然後，該電路在輸出端重新恢復成輸入數字信號。此外，輸入端還包含一個刷新電路，保證即使在沒有輸入跳變的情況下輸出狀態也與輸入狀態保持匹配。在加電情況下以及低速率波形輸入或長時間恆定直流輸入情況下，這一性能很重要。

由於iCoupler磁耦隔離器的目的是將輸入和輸出信號隔離開來，所以變壓器初級端電路與變壓器次級端電路必須在隔離的晶元上。變壓器本身可以放置在任意晶元上，也可以放在第三個晶元上。

iCoupler磁耦隔離器的一個顯著特點是能夠將發送和接收通道集成在同一個封裝中。由於iCoupler磁隔離變壓器本身是雙向的，所以只要將合適的電路放置在變壓器的任意一邊，信號就可以按照任意方向通過。按照這種工作方式，我們可採用多種收發通道配置來提供多通道隔離器。

iCoupler磁隔離技術的另一個新特點是：用於隔離數據信號的變壓器線圈還可用作為隔離DC/DC轉換器的變壓器。這樣就允許將數據隔離和電源隔離兩種功能都集成在一個封裝內，正如採用 isoPower®技術的 ADuM524x系列iCoupler磁耦隔離器。

基於磁隔離技術的磁耦種類繁多，有近200種型號，可分為多種類別：

按功能

通用型多通道數字磁隔離器

靈活的通道配置，用來替代之前的光耦產品；

典型型號：ADUM1201、ADUM1411

隔離型RS-485收發器

高集成度及穩定性，改變傳統的分立隔離方案；

典型型號：ADM2483、ADM2587E

隔離型RS-232收發器

完全的數據隔離，以單晶元實現RS-232介面隔離；

典型型號：ADM3251E

集成DC/DC的數字磁隔離器

集成電源隔離，使隔離電路設計更簡化；

典型型號：ADUM5401、ADUM5402

雙向信號磁隔離器

實現單路通道雙向隔離，適用於1-wire、2-wire匯流排；

典型型號：ADUM1250

門級驅動型磁隔離器

提供高邊及低邊控制信號隔離，直接驅動MOS管；

典型型號：ADUM5230

USB匯流排磁隔離器

業界首款USB匯流排信號隔離器；

典型型號：ADUM4160

隔離型A/D轉換器

16位Σ-Δ型ADC與磁隔離技術的結合。

典型型號：AD7400、AD7401

按隔離電壓（1分鐘測試結果）

1000Vrms、1667Vrms、2500Vrms、3750Vrms、5000Vrms等。

按傳輸速率

460Kbps、500Kbps、1Mbps、1.5Mbps、10Mbps、16Mbps、

20Mbps、25Mbps、90Mbps、120Mbps、150Mbps等。

按傳輸通道

單通道、雙通道、三通道、四通道、五通道等。

按封裝

SOIC-8、SOIC_W-16、SOIC_W-20、QSOP-16等。

與傳統光耦相比，基於磁隔離技術的磁耦具有諸多優勢：

磁耦消除了與光耦合器相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題；磁耦均帶有25KV/us的瞬態共模抑制能力，且能夠在電壓差峰值560V的環境下正常工作。磁耦器件可提供5000Vrms/min及6000V/10sec的電壓隔離保護，多種型號的磁耦帶有±15KV的ESD保護。

採用晶元級變壓器技術傳輸信號，消除光耦傳輸時的器件損耗。器件內部基本不存在損耗，正常工作條件下至少達到50年工作壽命。

磁耦能夠在低功耗的條件下實現150Mbps的高速數據隔離，光耦鮮有如此高的傳輸速率，實現同樣高的傳輸速度，磁耦比光耦有著更高的性價比。磁耦晶元內部含有施密特電路，能夠對輸入輸出的電路濾波整形，因此可直接與各種高速控制晶元直接連接，如：DSP、ARM、PLC等。

磁耦基於晶元級變壓器傳輸原理，信號傳輸時幾乎不存在能量損耗，因此能以極低的功耗實現高度的數據隔離。相同速率下，其功耗僅為光耦的1/10~1/6。

磁隔離技術是通過採用晶圓級工藝直接在片上製作直徑約500um的變壓器來實現的。利用此平面變壓器的獨特特徵以及一些創新的電路設計，磁隔離產品可以在不影響性能的前提下，在一個封裝內集成許多不同的特性與功能。磁耦採用的標準封裝：SOIC-8、SOIC_W-16及SOIC_W-20等。

磁耦的小體積及多種通道配置，是電路設計更加簡潔，應用更加靈活。集成的多種介面收發器使得介面隔離電路集成度更高，線路連接大大減少。

磁隔離自2003年在國內嶄露頭角以來，至今2010年已經歷7年的發展及市場應用。目前已大量應用於電力自動化、工業測量、樓宇控制、煤礦安全、安防消防、智能交通、流量計、運動控制、電機控制、汽車車體通訊、儀器儀錶、航天航空等產品及領域；在鐵路、衛星接收、醫療等領域的應用正逐步擴大，已經形成了在數字隔離方面全面取代光耦的趨勢。