正确选择数字隔离器的三要素
数字隔离技术
数字隔离技术与电平转换
Digital Isolation Technology and Electrical Level Shift
2) 3.3VCMOS可以直接驱动5V的TTL电路
3) 74系列简介：74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片，74系列 中分为很多种，而我们平时用得最多的应该是以下几种：74LS，74HC， 74HCT这三种，这三种系列在电平方面的区别如下：74LS：TTL电平， 74HC：COMS 电平，74HCT：TTL电平和COMS电平 5 4
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利用6N137的OC输出特性做5-3.3V电平转换
数字隔离技术概述 数字隔离技术分类
电平转换技术
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小结 测试与结果ห้องสมุดไป่ตู้
电平转换的连接方法
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开关量检测
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谢谢！
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讲授人： 江文亮 080312010024 2014.20.27
主要内容
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数字隔离技术概述 数字隔离技术分类 数字隔离实例 电平标准介绍
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电平转换技术 测试与结果
一、数字隔离技术概述
数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、 数字隔离技术概述 军用电子系统和航空航天电子设备中，尤其是一些 应用环境比较恶劣的场合。数字隔离电路主要用于 数字信号和开关量信号的传输。使用隔离电路的一 个首要原因是为了消除噪声。另一个重要原因是保 护器件(或人)免受高电压的危害。 电磁兼容性（EMC）：设备或者系统在其电磁环 境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不 能承受的电磁干扰的能力。 5 4
i2c数字隔离
i2c数字隔离I2C数字隔离随着电子产品的广泛应用，数字隔离技术在电路设计中扮演着越来越重要的角色。
I2C（Inter-Integrated Circuit）数字隔离作为一种常用的数字隔离技术，被广泛应用于各种电子设备中。
I2C数字隔离是一种基于I2C通信协议的数字信号隔离技术。
在电子设备中，数字信号的传输通常使用I2C总线进行，而I2C数字隔离则可以提供电气隔离，确保信号的稳定传输，同时保护设备免受外界干扰和电气冲击。
我们来了解一下I2C通信协议。
I2C是一种串行通信协议，由一条数据线（SDA）和一条时钟线（SCL）组成。
在I2C通信中，主设备（如微控制器）通过发送起始位、地址和数据，在总线上与从设备（如传感器、存储器等）进行通信。
而I2C数字隔离则在I2C总线上引入了隔离器件，实现了信号的隔离传输。
I2C数字隔离器的核心部件是光电隔离器和信号转换器。
光电隔离器是一种将电信号转换为光信号的器件，可以实现电气隔离。
信号转换器则负责将光信号转换为电信号，并完成信号的重构和放大。
通过光电隔离器和信号转换器的协同工作，I2C数字隔离器能够实现信号的电气隔离和隔离传输。
I2C数字隔离器具有许多优点。
首先，它可以有效地隔离主设备和从设备之间的电气噪声和电气冲击，提高系统的稳定性和可靠性。
其次，I2C数字隔离器可以保护主设备免受外界的电磁干扰和静电放电等干扰。
此外，它还可以提供电气隔离，防止电流回路的相互干扰，提高系统的安全性。
在实际应用中，I2C数字隔离器被广泛应用于各种领域。
例如，它可以用于工业自动化系统中，保护微控制器和传感器免受高压和电磁干扰的影响。
此外，它还可以用于医疗设备中，确保医疗设备与计算机系统之间的安全通信。
另外，I2C数字隔离器还可以应用于电力系统中，实现对电流和电压信号的隔离和传输。
在选择I2C数字隔离器时，需要考虑一些关键因素。
首先，需要确定所需的隔离电压和隔离通道数。
隔离电压应满足实际应用中的电气隔离需求，而隔离通道数应根据系统的通信需求来确定。
这三点入手帮你认识数字隔离器,从此光耦是路人
这三点入手帮你认识数字隔离器，从此光耦是路人
在恶劣的电机应用环境中，应用要求能够抵御高压瞬变，防止数据受扰，并且消除高压电压力对隔离器隔离寿命的影响。
此类应用的典型隔离解决方案是光耦合器，其内部绝缘层很厚，可以承受高压，但缺点是要使用发光二极管(LED)，其光强度会随着时间推移和温度变化而降低，这就会带来设计和可靠性问题。
新型数字隔离器不使用LED，消除了可靠性问题，改善了绝缘能力，可与光耦合器相媲美，除此之外，它们的优势是对高压瞬变的抗扰度更强，能够更好地满足电机控制应用的要求。
认识数字隔离器，从基本框架开始
数字隔离器结构和技术如图1中的示例框图所示。
根据具体架构，数字隔离器响应输入逻辑电平或输入脉冲。
可使用不同方法编码和解码信号，以便跨越隔离栅收发逻辑数据。
图1. 数字隔离器框图。
数字隔离器原理
数字隔离器原理
数字隔离器是一种用于隔离数字信号的设备，其原理是利用光电隔离或磁电隔离技术实现信号的隔离传输。
在数字隔离器中，输入端和输出端通过光电隔离器或磁电隔离器进行隔离。
例如，光电隔离器将输入信号转换为光信号，再经过光传输介质传输到输出端，最后再通过光电转换器将光信号转换为输出信号。
这样，输入信号和输出信号之间就可以实现电气隔离，避免了信号传输过程中的电气干扰和噪声的影响。
数字隔离器的隔离传输能力取决于光电隔离器或磁电隔离器的性能。
光电隔离器通常使用光电耦合器来实现输入端和输出端之间的电光转换，而磁电隔离器则通过磁电传感器和磁电隔离器来实现。
数字隔离器具有广泛的应用，特别是在工业控制系统中。
它可以将控制信号隔离开来，以确保输入干扰或噪声不会传导到输出端，从而提高整个系统的稳定性和可靠性。
此外，数字隔离器还可以用于地线隔离、信号转换和电位隔离等场景。
总之，数字隔离器利用光电隔离或磁电隔离技术实现输入信号与输出信号之间的电气隔离，从而保证信号传输的稳定性和可靠性。
数字隔离器原理及应用
数字隔离器原理及应用数字隔离器是一种电子器件，用于隔离两个电路之间的数字信号，以防止信号干扰和电气隔离问题。
它的原理是通过光电隔离器件或磁隔离器件将输入信号转换成光电信号或磁信号，再将其转换回数字信号输出，从而实现电气隔离。
数字隔离器在工业控制、通信系统、医疗设备等领域广泛应用。
数字隔离器的应用范围非常广泛，其中之一是在工业控制系统中。
工业控制系统中常常存在着不同电平信号之间的联系，如果直接连接可能会导致信号干扰或电气隔离问题。
数字隔离器可以有效地将这些信号隔离开来，保证系统的稳定性和可靠性。
另外，在通信系统中，数字隔离器也扮演着重要角色。
通信系统中存在着各种干扰信号，数字隔离器可以有效地将这些干扰信号隔离开来，保证通信质量。
此外，在医疗设备中，数字隔离器也被广泛应用，用于隔离患者和医疗设备之间的信号，保证医疗设备的安全性。
数字隔离器的原理非常简单，主要是通过光电隔离器件或磁隔离器件将输入信号转换成光电信号或磁信号，再将其转换回数字信号输出。
光电隔离器件通常由发光二极管和光敏二极管组成，当输入信号加入发光二极管时，发光二极管会发出光信号，光敏二极管接收到光信号后将其转换成电信号输出。
磁隔离器件则是通过磁场的作用来实现信号的转换。
这种原理可以有效地将输入信号与输出信号隔离开来，避免信号干扰和电气隔离问题。
总的来说，数字隔离器在现代电子领域中扮演着非常重要的角色，它可以有效地解决电路之间的信号干扰和电气隔离问题，保证系统的稳定性和可靠性。
同时，数字隔离器的应用范围非常广泛，涉及工业控制、通信系统、医疗设备等多个领域。
通过深入了解数字隔离器的原理和应用，可以更好地应用于实际工程中，提高系统的性能和可靠性。
数字隔离器的电源要求是什么
数字隔离器的电源要求是什么数字隔离器是一种电子器件，通常用于隔离电气回路，以确保高电压和低电压电路之间的安全分离。
数字隔离器需要电源来运行，并且在安装过程中有一些特定的电源要求，以确保其他电子设备的稳定性和安全性。
在本文中，我们将探讨数字隔离器的电源要求是什么。
输入电源数字隔离器需要一个输入电源来工作。
输入电源的电压范围取决于数字隔离器的型号和要求。
通常，数字隔离器都需要一个直流电源，输入电压的范围一般在5V至24V之间，可能稍高或稍低。
输入电源必须符合数字隔离器的电压范围要求，否则可能会导致数字隔离器无法正常工作。
在选择输入电源时，需要确保其能够稳定地提供所需的电压和电流。
电源功率数字隔离器需要一定的电源功率来工作。
如果电源功率不足，可能会导致数字隔离器无法正常工作或产生失真、噪声等问题。
因此，需要合理地选择具有足够电源功率的电源和电源类型。
噪声数字隔离器的输入电源必须是低噪声的。
高噪声电源会导致数字隔离器产生噪音和失真。
而低噪声电源则可以提高数字隔离器的精度和稳定性。
绝缘要求数字隔离器是为了隔离不同电气回路而设计的，因此，其输入和输出端之间需要有绝缘措施以防止互相干扰。
因此，输入电源必须经过隔离，并且数字隔离器自身还要具备高绝缘电压性能，以保证输入和输出之间的隔离效果。
滤波数字隔离器输入电源还需要滤波，以滤除电源中的高频噪声，以确保数字隔离器的精度和稳定性。
简单而低成本的滤波方法是使用电容、电感和电阻来构成RC滤波器。
结论因此，在选择数字隔离器的电源时，需要注意输入电源规格的要求，以及合理的电源功率、低噪声、绝缘和滤波措施。
如果以下条件满足，则输入电源是适合数字隔离器的：•电源电压范围在规定的范围内•电源能够稳定地提供所需的电压和电流•电源功率足够•低噪声•具备高绝缘电压性能•经过滤波处理，能够保证数字隔离器的精度和稳定性。
隔离,您选择光耦还是数字隔离器
话题大PK：隔离，您选择光耦还是数字隔离器？？？由ADIForum于2014-1-15 创建正方——支持数字隔离器：功耗低——数字隔离器在低频条件下只使用光耦合器功率的1%；在50Mbps，即光耦合器最高传送速率条件下（数字隔离器可以工作在100Mbps以上），它使用光耦合器功率的大约20%。
降低功率会使其提高可靠性。
设计简单方便——单个器件；标准TTL或CMOS；电源可根据预算灵活调整；无CTR，在整个温度范围内稳定工作；不像光耦缺少集成特性，完整的集成解决方案降低整体BOM成本……反方——支持光耦：光耦是70年代发展起来的隔离器件，产品种类繁多，价格便宜；信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，无触点，使用寿命长；……您怎么看？欢迎参与探讨（无论您持怎样的观点，尽可畅所欲言，无所谓对错）。
硬件高手的实际设计经验分享——提高系统效率的几个误解mu-zi 2014-1-10 下午5:52误解一：这主频100M的CPU只能处理70%，换200M主频的就没事了点评：系统的处理能力牵涉到多种多样的因素，在通信业务中其瓶颈一般都在存储器上，CPU 再快，外部访问快不起来也是徒劳。
误解二：CPU用大一点的CACHE，就应该快了点评：CACHE的增大，并不一定就导致系统性能的提高，在某些情况下关闭CACHE反而比使用CACHE还快。
原因是搬到CACHE中的数据必须得到多次重复使用才会提高系统效率。
所以在通信系统中一般只打开指令CACHE，数据CACHE即使打开也只局限在部分存储空间，如堆栈部分。
同时也要求程序设计要兼顾CACHE的容量及块大小，这涉及到关键代码循环体的长度及跳转范围，如果一个循环刚好比CACHE大那么一点点，又在反复循环的话，那就惨了。
误解三：这么多任务到底是用中断还是用查询呢？还是中断快些吧点评：中断的实时性强，但不一定快。
如果中断任务特别多的话，这个没退出来，后面又接踵而至，一会儿系统就将崩溃了。
信号隔离栅参数
信号隔离栅参数
信号隔离栅是一种用于隔离不同信号的器件，它通过将输入信号与输
出信号之间的电气连接隔离开来，避免各种不同信号之间的相互干扰。
在接口电路和数据通信中，信号隔离栅是一种常用的技术，其参数包
括输入输出通道数、隔离电压、功耗等。
下面是对信号隔离栅各参数
的详细介绍：
1.输入输出通道数：信号隔离栅通常有1，2，4，8等多种不同的通道数可选。
通道数的大小直接决定了信号隔离栅的连接性，不同的应用
需要选择不同的通道数。
2.隔离电压：隔离电压是信号隔离栅的一项关键参数，它表示输入和输出之间最大可承受的电压差，以避免电气隔离失效和电气击穿。
一般
隔离电压应该具备1000V以上的能力，以确保更好的稳定性和可靠性。
3.功耗：信号隔离栅的功耗指的是电源输入电压下，器件的工作电流大小。
功耗越低，表明这种器件的能耗效率越高，输出信号的误差减小，使用寿命也会相应大大延长。
4.频响特性：频率响应特性是指信号隔离栅在工作范围内对频率的响应特性，这是器件性能的重要参数之一。
通常，信号隔离栅的高频表示
器件能够高效处理大量的数据信号，从而保证数据传输的稳定性和可靠性。
总而言之，信号隔离栅是一种重要的电子器件，可以用于解决数字信号等在传输过程中的相互干扰问题。
随着信息技术的快速发展，越来越多的应用需要使用信号隔离栅来保证数据信号的可靠性和稳定性。
因此，隔离电压、功耗、通道数以及频率响应特性等参数的选择是至关重要的，需要根据具体应用场景的需要进行合理选择，以达到最好的效果。
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正确选择数字隔离器的三要素
多年来，工业、医疗和其他隔离系统的设计人员实现安全隔离的手段有限，唯一合理的选择是光耦合器。
如今，数字隔离器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有优势。
了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系，对于正确选择数字隔离器十分重要。
这三个要素是：绝缘材料、结构和数据传输方法。
设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。
电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。
然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。
数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。
传统隔离器——光耦合器则会带来非常大的不利影响。
它们的功耗极高，而且数据速率低于1 Mbps。
虽然存在更高效率和更高速度的光耦合器，但其成本也更高。
数字隔离器问世于10多年前，目的是降低光耦合器相关的不利影响。
数字隔离器采用基于CMOS的电路，能够显著节省成本和功耗，同时大大提高数据速率。
数字隔离器由上述要素界定。
绝缘材料决定其固有的隔离能力，所选材料必须符合安全标准。
结构和数据传输方法的选择应以克服上述不利影响为目的。
所有三个要素必须互相配合以平衡设计目标，但有一个目标必须不折不扣地实现，那就是符合安全法规。
绝缘材料
数字隔离器采用晶圆CMOS工艺制造，仅限于常用的晶圆材料。
非标准材料会使生产复杂化，导致可制造性变差且成本提高。
常用的绝缘材料包括聚合物(如聚酰亚胺PI，它可以旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。
二者均具有众所周知的绝缘特性，并且已经在标准半导体工艺中使用多年。
聚合物是许多光耦合器的基础，作为高压绝缘体具有悠久的历史。
安全标准通常规定1分钟耐压额定值(典型值2.5kVrms至5kVrms)和工作电压(典型值125Vrms至400 V rms)。
某些标准也会规定更短的持续时间、更高的电压(如10 kV峰值并持续50μs)作为增强绝缘认证的一部分要求。
基于聚合物/聚酰亚胺的隔离器可提供最佳的隔离特性，如表1所示。
表1：隔离特性
基于聚酰亚胺的数字隔离器与光耦合器相似，在典型工作电压时寿命更长。
基于SiO2的隔离器对浪涌的防护能力相对较弱，不能用于医疗和其他应用。
各种薄膜的固有应力也不相同。
聚酰亚胺薄膜的应力低于SiO2薄膜，可以根据需要增加厚度。
SiO2薄膜的厚度有限，因而隔离能力也会受限；超过15μm时，应力可能会导致晶圆在加工过程中开裂，或者在使用期间分层。
基于聚酰亚胺的数字隔离器可以使用厚达26μm的隔离层
隔离器结构
数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端，光耦合器则是使用LED发出的光。
如图1所示，变压器电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，从而在另一个线圈生成感应电流。
电流脉冲很短(1ns)，因此平均电流很低。
图1. (a) 带厚聚酰亚胺绝缘层的互感器，电流脉冲产生磁场，在另一个线圈中感生电流；
(b) 带薄SiO2绝缘层的电容，利用低电流电场将数据耦合到隔离栅的另一端。
互感器采用差分连接，提供高达100kV/μs的出色共模瞬变抗扰度(光耦合器通常约为15kV/μs)。
磁性耦合对变压器线圈间距离的敏感性也弱于容性耦合对板间距离的依赖性，因此，变压器线圈之间的绝缘层可以更厚，从而获得更高的隔离能力。
结合聚酰亚胺薄膜的低应力特性，使用聚酰亚胺的变压器比使用SiO2的电容更容易实现高级隔离性能。
电容为单端连接，更容易受共模瞬变影响。
虽然可以用差分电容对来弥补，但这会增大尺寸并提高成本。
除整体性能外，使用该变压器还有其他好处：它们支持集成隔离电源。
ADI的isoPower技
术集成带数据隔离功能的隔离式DC-DC转换器，可创建完整的隔离解决方案。
毕竟，变压器是隔离式DC-DC转换器的关键元件。
基于电容或基于LED的隔离器无法实现这类解决方案。
数据传输方法
光耦合器使用LED发出的光将数据跨越隔离栅传输——LED点亮时表示逻辑高电平，熄灭时表示逻辑低电平。
当LED点亮时，光耦合器需要消耗电能；对于关注功耗的应用，光耦合器不是一个好的选择。
多数光耦合器将输入端和/或输出端的信号调理留给设计人员实现，而这并不一定是非常简单的工作。
数字隔离器使用更先进的电路来编码和解码数据，支持更快的数据传输速度，能够处理USB 和I2C等复杂的双向接口。
一种方法是将上升沿和下降沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器(图2)。
这些脉冲在副边解码为上升沿或下降沿。
这种方法的功耗比光耦合器低10倍到100倍，因为不像光耦合器，功率无需连续提供给器件。
器件中可以包括刷新电路，以便定期更新直流电平。
图2. 一种数据传输方法是将边沿编码为单脉冲或双脉冲
另一种方法是使用RF调制信号，其使用方式与光耦合器使用光的方式非常相似：逻辑高电平信号将引起连续RF传输。
一般将其称为“开关”方案。
此方案的优势是它可以更快地跨越隔离栅传输数据；但抖动有时会是个问题。
此外，开关方案的功耗高于脉冲方法，因为逻辑高电平信号需要持续消耗电能。
采用脉冲方法，则功耗可以降低至1μW的最低水平，这是其他方法所不能比拟的。
也可以采用差分技术来提供共模抑制，不过，这些技术最好配合互感器等差分元件使用。
选择正确的组合
数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所无法比拟的巨大优势。
在数字隔离器领域，不同的绝缘材料、结构和数据传输方法组合造就不同的产品，而不同的产品适合不同的具体应用。
如上所述，基于聚合物的材料提供最鲁棒的隔离能力，这种材料几乎适合所有应用，但医疗保健和重工业设备等要求最严格的应用受益最大。
为了实现最鲁
棒的隔离，聚酰亚胺厚度可以超过对电容而言的合理厚度；因此，基于电容的隔离最适合不需要安全隔离的功能隔离应用。
在这种情况下，基于变压器的隔离可能是最合理的，特别是结合差分数据传输方法，以便充分利用变压器的差分特性。
图3. 不同的隔离器特性组合导致不同的品质因数。
有一点是毫无疑问的：光耦合器远不如
数字隔离器。
虽然每一位设计人员都会选择最适合其应用、拥有适当平衡特性的隔离器，但有三个参数是非常重要的：时序、功耗，当然还有隔离。
为了对不同的技术进行评估，考虑图3中的情形。
图中采用的品质因数基于时序/隔离能力，然后根据功耗绘出曲线。
在这种情况下，我们选择了浪涌耐受阈值(2μs上升时间和50μs下降时间的高压脉冲，用来建立加强型隔离的适用性)来测量隔离能力。
功耗表示1 Mbps数据速率下每通道的最大功耗，单位是mW；我们选用1 Mbps作为代表性的速率，因为大部分功耗敏感型应用工作在中等数据速率下。
对于时序而言，我们关心信号跨越隔离栅传输的总时序延迟。
因此，它不仅包含传播延迟，还包括抖动和输出上升与下降时间。
结论
ADI公司在开发其数字隔离技术时，考虑了数字隔离四要素的各不同之处，并重点关注绝缘材料、隔离元件以及跨越隔离栅传输数据的方法。
ADI公司的核心iCoupler技术基于聚酰亚胺绝缘和芯片级变压器，因为这种组合可提供极佳的灵活性，不仅能集成其他功能(如隔离电源)，还允许使用不同的数据传输方法。
ADI将近14年来始终采用的脉冲方法依然可提供出色的能效和时序性能，同时保留采用其他具备自身优势的方法的可能性。
所有这一切均可在不牺牲隔离能力的前提下实现，这是设计人员使用隔离器的首要原因。
作者：David Krakauer。