在将现实世界的各种信号数字化的过程，为了保护人和设备安全、消除接地问题、提高系统性能并保护电路，必须使用隔离器以阻断高电压、抑制噪声等干扰。同样着眼于光耦合器存在的普遍问题──如何隔离电源？继去年德州仪器率先推出业界首款片上电容式数字隔离器──ISO721后，日前美国模拟器件(Analog Device, ADI)更进一步推出将隔离信号和电源集成在一颗单芯片的数字隔离产品──isoPower ADuM524x，以ADI既有isoPower技术为基础，扩展了iCoupler数字隔离器系列产品。
ADI中国技术支持中心经理廖文帅指出，过去使用光耦合技术来做隔离器，由于其光数据传送的“混合电路结构”，且发光二极管(LED)或光电二极管的开关次数有限，常导致性能和可靠性不理想及功耗过大的缺点；于是ADI于2001年首次推出创新的iCoupler技术，改用磁数据传送，且将制造工艺提升至晶圆级，已成功使芯片性能和功耗改进10倍以上。然而，在阻绝高电压干扰方面，仍不免要依赖很多器件来将信号和电源电路分立配置，如此占用的板面积和成本自然大了许多，工程师的设计时间也长。
奠基于iCoupler之上，isoPower写下新里程
廖文帅说，在isoPower ADuM524x问世之前，工程师多只能在光耦合器上外加两种分立解决方案来隔离电源；一是加上定制的隔离电源，一是加上集成的DC/DC变换器。这样的缺点在于，前者体积大，且需要相当的设计经验，开发时间也长；后者则是对许多应用来说，在效能上可能产生不敷使用的情况(医疗控制仪器常要求4.5kV以上)，成本也高。因此，近年来客户对于如何同时隔离数据和电源的呼声也日益高涨；可惜的是，光耦合和电容式隔离都只能隔离数据部分。如今，随着isoPower ADuM524x的推出，将微电源和独立的信号通道集成在一起，可较现有解决方案降低了60%～80%的成本与尺寸，特别适用于需要数字隔离的低功耗应用，如：数据采集模块、通信总线和次级控制电源等。
ADI公司的iCoupler隔离技术采用芯片尺寸的微型变压器，提供通过电感耦合的绝缘隔离。与光耦合器相比，iCoupler产品降低了功耗，提高了数据速率并且增强了定时精度；据廖文帅表示，iCoupler技术最高已可做到5kV，相关安全认证正在申请中。因为将微型变压器结构集成在半导体衬底上，搭配CMOS集成工艺，故iCoupler产品能够实现高集成度，从而能增加功能，减小尺寸并且降低成本。iCoupler数字隔离器现场使用量已经增长到了5,000多万个隔离通道，而isoPower技术增强了iCoupler技术的可扩缩性和灵活性，是ADI公司数字隔离产品系列的最新发展。
iCoupler微型变压器是isoPower技术DC/DC变换器的基础，包括稳压器、开关等所有DC/DC变换器单元电路都已集成在一颗单芯片中，可省去外围分立器件的使用。这样的集成方式，最困难的技术突破点在哪里？廖文帅解释，如何把线路、频率各异的电源和一般数据线圈搁在一起，又要克服磁线圈本身的磁干扰问题，就是很大的技术门坎。摊开隔离器芯片的剖面图可发现，由于最上层的电源走线特别细，线圈也特别厚，必须以20μm的聚酰亚胺隔离层以耐受高电压。值得留意的是，众所周知，磁场强度和磁场频率成反比关系；理论上为避免磁干扰过大、以维持一定的磁场强度，磁场频率势必无法做得过高，一般而言，能做到2MHz已属不易。但ADI却能将开关频率做到260MHz～300MHz！顿时令在场人士为之惊诧不已。在效率方面，廖文帅补充说，据他们实验数据显示，在开环结构中可做到10%～15%，若是在闭环结构中这个数值则会更高。
ADuM524x系列产品光荣问世
ADuM524x系列产品采用isoPower技术将一个带隔离的DC/DC变换器(要求电源电压高于4.5V)集成在一颗采用8引脚的SOIC封装的芯片上，采用2.7V～5.5V单电源供电，能提供50 mW功率5V带隔离的稳压电源，特别适合低功耗应用。ADuM524x器件有2个信号通道数，单一信道的数据传输速率可达100Mbps，具有优良的定时指标：横向传播延迟小于55ns，纵向通道间匹配误差优于3ns。ADuM524x系列目前共有3款产品──ADuM5240、ADuM5241和ADuM5242，都具有2.5 kV的额定隔离电压，皆采用isoPower技术的双通道隔离器。
每款产品的区别在于各通道的传输方向不同。ADuM5240在与电源输出的同一侧有两个信号输出通道；ADuM5241在每个方向有一个信号通道，适合于双向传输，例如RS-232收发器，它为电子接口提供需要带隔离的电源；ADuM5242在与电源输入同一侧具有两个信号输出通道，适合于采用次级端控制并且开始启动需要隔离电源的电源应用。综括来说，ADuM5242的高集成度不失为降低系统成本的理想选择。ADuM524x数字隔离器现在可为大客户提供产品样片，预计将于2006年7月为开放市场提供产品样片。这3款器件都采用无铅的8引脚SOIC封装(小外形集成电路)，1,000片定量报价为2.95美元/片。更多信息：www.analog.com/icoupler。
