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数字隔离器选型与设计

news 来源：原创 2025/6/24 1:34:37

数字隔离器常见于PLC控制器中的驱动信号隔离。

(一)数字隔离器的几大关键参数：

1. 隔离电压（Isolation Voltage）

表示隔离器能够承受的最大电压，通常以 Vrms 或 VDC 计算，例如 2.5kV、5kV 等。
该参数决定了器件在高压环境下的可靠性和安全性。

2. 工作电压（Working Voltage）

指隔离器长期运行时能承受的最大电压，通常低于隔离电压。
例如 560VDC、848Vpeak、400Vrms 等。

3. 共模瞬态抗扰度（CMTI, Common-Mode Transient Immunity）

单位 kV/μs，表示隔离器在高速变化的共模电压下能保持信号完整性的能力。
CMTI 越高，抗干扰能力越强，典型值在 25kV/μs ~ 100kV/μs 之间。

4. 数据速率（Data Rate）

影响数据传输能力，单位 Mbps，如 1Mbps、10Mbps、150Mbps 等。
选择时需要匹配系统的通信速率需求。

5. 传播延迟（Propagation Delay）

信号通过隔离器的延迟时间，单位 ns，通常在 10ns ~ 100ns 之间。
延迟越小，数据同步性能越好。

6. 脉宽失真（Pulse Width Distortion）

指高电平和低电平信号传输时的延迟差值，影响信号完整性。
适用于时序敏感的应用，如 SPI、I²C、UART 等。

7. 工作温度范围（Operating Temperature Range）

影响环境适应性，常见值如 -40°C ~ 125°C，用于工业或汽车应用时需关注。

8. 供电电压（Supply Voltage）

数字隔离器可能需要 3.3V、5V、1.8V 等供电电压，不同侧可能需要独立供电。

9. 功耗（Power Consumption）

影响系统能效，通常低功耗隔离器适用于电池供电或低功耗应用。

(二)数字隔离器的常见问题：

1.能为数字隔离器两端施加不同的电压吗？

可以。数字隔离器可以在建议的工作条件下为设备两端供电。由于隔离势垒隔离了两端，每端均可在建议的工作条件下独立施加任意电压值。举例来说，可以为 ISO7721 施加 3.3 V VCC1（在 2.25 V - 5.5 V 之间）和 5 V VCC2（也在 2.25 V - 5.5 V 之间）。除构建隔离外，通过这种方法，您还可以把数字隔离器用作逻辑电平转换器。隔离器两端相互独立。

2.数字隔离器信号电压可以异于它的电源电压吗？

不能。数字隔离器的输入/输出信号电压取决于它的电源电压。因此，如果要使数字隔离器兼容它所对接的设备，最好是保持信号电压与隔离器电源电压相同。例如，如果 ISO7721 的电源电压为 5 V，它对接微控制器（MCU），那么很重要的一点就是 MCU 信号也工作在 5V 逻辑电平。

3.无输入信号的数字隔离器的逻辑状态是什么？

如果数字隔离器的输入通道无电压或者说引脚保留为浮置，它相应的输出引脚为预定义状态（称为默认状态或故障保护状态），可能为低，也可能为高，这取决于所选的设备。设备部件编号的后缀“F”，指示该隔离器输出通道的默认状态。例如，ISO7721DWR 中没有 F，则表示该设备的默认状态为高。同样的，ISO7721FDWR 中有 F，则表示该设备的默认状态为低。

4.能把数字隔离器没用的通道引脚保留为浮置吗？

不能。数字隔离器未用通道的输入引脚可出于测试目的保留为浮置，但在应用中，浮置未用引脚会导致产品的抗噪度下降。

浮置的引脚尤其当系统进行电磁兼容性（EMC）/免疫测试时，更易于拾取噪音。为使系统对此种噪音免疫，最佳做法是将通道输入锁定在各自的默认逻辑状态。

例如，对于 ISO7721DWR 来说，最佳做法是将不用的信号输入引脚通过上拉电阻连接到它的 VCC（首选 4.7-kΩ 电阻）。对于 TI ISO7721FDWR，最好是将不用的信号输入引脚接至它的接地引脚。对于这两种设备，所有不用通道的输出引脚最好都不要连接。

5.如何确定数字隔离器的功耗？

您可以根据其数据表列出的规格来计算数字隔离器的功耗。找到与输入电压（2.5 V、3.3 V 和 5 V）对应的电源电流特性表。在这个表格中，找到最接近于您的应用信号速度的数据传输率。数据表中将列出针对该特定数据传输率的电流消耗，分别作为隔离势垒各端的电流（ICC1 和 ICC2）。将这两个电流值相加，您将获得工作条件下的设备总电流消耗。用这个总电流消耗除以数字隔离器的通道数，就得到了每个通道的电流消耗。某些数据表还分别提供每个通道的总供电电流。例如，ISO7041 数据表显示了每通道参数总供电电流下的典型电流消耗为 4.2 µA，它是 ICC1(ch) 与 ICC2(ch) 电流的和。