磁耦

磁耦

磁耦是基於ADI公司iCoupler®磁隔離專利技術的隔離器件,也稱為磁隔離器。

磁耦的工作原理


磁耦晶元
磁耦晶元
磁耦基於磁隔離技術,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。
磁耦傳輸原理
磁耦傳輸原理
由於磁耦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。
磁耦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
磁耦的另一個新特點是: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ADuM540x系列iCoupler磁耦隔離器。

磁耦的優點


與傳統光耦相比,基於磁隔離技術的磁耦具有諸多優勢:

可靠性

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。

長壽命

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。

高性能

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、ARMPLC等。

低功耗

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。

小封裝

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。

易用性

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。

磁耦的分類


磁耦產品種類繁多,一般情況下按功能進行區分:
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
磁耦能實現從DC直流信號到150Mbps高速信號的隔離傳輸,高達5000Vrms/min的隔離電壓及25KV/us共模抑制和±15KV的ESD保護。

磁耦的應用


目前磁耦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。