介紹

光耦合器是一種已有幾十年歷史的技術，廣泛用于信號隔離，通常提供安全隔離、信號電平移位和地面回路緩解。它們通常用于廣泛的終端應用中，包括數據通信電路、開關模式電源系統、測量和測試系統，以及孤立的數據采集系統。光耦合器有幾個缺點，包括隨溫度和器件老化而變化的參數不穩定性、顯著的內部寄生耦合、傳播延遲時間長、工作溫度范圍窄和相對較低的可靠性。

在過去的30年里，光耦合器一直是“首選”隔離設備，因為它們是信號隔離問題的唯一集成解決方案。與光耦合器相比，當今先進的CMOS信號隔離產品提供了更好的定時性能、更高的可靠性和更低的功耗，并能捕獲傳統上由光耦合器持有的插座。然而，到目前為止，轉換為CMOS隔離設備通常需要進行電路更改和PCB修改，這會花費成本并造成設計風險。

Si87xx系列可以作為現有系統中的針兼容光耦器升級，也可以作為新產品設計的設計組件。封裝和引腳兼容性允許Si87xx取代光耦合器，大大提高器件性能和可靠性。器件操作簡單：當陽極電流高于接通電流閾值時，Si87xx輸出保持較低，當陽極電流低于接通電流閾值時，由內部或外部上拉電阻拉高。

Si87xx操作

圖1顯示了一個Si87xx方框圖，其中輸入側電路包含一個二極管模擬器、高頻發射器和電流隔離器，所有這些電路都由陽極引腳上的電壓供電。二極管模擬器模擬光耦器LED的行為，以確保與現有光耦器輸入電路的兼容性。

設備操作很簡單：當陽極電流超過其開啟閾值時，二極管模擬器啟用發射器。這一動作導致發射機將高頻載波通過隔離屏障傳播到接收機，從而迫使輸出驅動器變低。相反，低于關閉閾值的陽極電流使發射機失效，導致接收器釋放輸出引腳被上拉電阻拉高。

圖1. Si8710數字隔離器方框圖

與光耦合器相比，這個簡單的架構有許多優點：

銷和包插入光耦合器升級

與光耦合器相比，更快的傳播時間，在電壓和溫度上更好的參數穩定性，內部低2-3倍的寄生耦合。

標準CMOS工藝技術

CMOS是一種公認的工藝技術，具有40+年的學習時間，比基于gaa的光耦合器的失效時間(FIT)低5.5倍，時間依賴性介電擊穿(TDDB)為60年，平均失效時間(MTTF)為87年。CMOS還提供了光耦合器的工作溫度范圍為-40到+125°C，而不是-40到+85°C，在電壓和溫度上更大的參數穩定性，以及與光耦合器相比的更低的工作功率。

精確電流閾值

Si826x輸出低或高，沒有模糊的輸出狀態，良好的閾值穩定性。沒有電流傳輸比率(CTR)問題需要解決。

改進的性能

與光耦器相比，更短的傳播延遲時間和PWD，更寬的工作溫度范圍，更大的參數工作穩定性。

二氧化硅基電容式隔離屏障

二氧化硅是一種超穩定的材料，具有超過60年的使用壽命，而在光耦合器中使用壽命不到15年。

優越的浪涌容差

根據IEC 60065的標準，可承受10 kV的浪涌沖擊

廣泛的產品范圍

Si87xx數字隔離器可在鷗翼PDIP8、SOIC8、LGA8和SDIP6封裝，并提供可選的內部上拉電阻和外部啟用。

用Si87xx替換現有的光耦合器

l 使用Si87xx數據表或在線指南來選擇正確的，針腳兼容的Si87xx產品應用程序在手邊。

l 從電路板上卸下現有的光耦合器，并丟棄它。

l 將選定的Si87xx器件焊接到光耦合器以前占用的位置。

l 調整的值射頻使Si87xxa級和Si87xxc級的最大電流為3 mA設備或b級設備的6個mA(見下圖公式1)。

l 連接電源，并驗證系統是否正常運行。

請注意，Si87xx還與典型的外部設備提高光耦合器CMTI性能兼容，如短路開關、反向二極管夾等。這種類型的組件可以在用戶的選項中保留在適當的位置或刪除。

在新的設計中使用Si87xx

通常，唯一的計算值是電流限制電阻器的計算值，射頻.第一步是確定應用是否從低陽極電流(A級或C級)或高共模瞬態免疫(B級)中獲益更多。一旦做出這個決定，陽極電流閾值和最佳ON電流值，值計算射頻(見公式1)很簡單。

公式1

Si87xx封裝和針腳兼容性使升級現有的光耦合器電路快速和容易。只需查找最接近現有光耦器的替換器，并用適當的 Si87xx替換光耦器(也可能還需要調整陽極輸入電阻RF的值以實現最佳操作)。圖2中的PCB同時使用了一個Si87xx數字隔離器和一個相互競爭的光耦合器。

外部數字輸入信號被緩沖并輸入到兩個設備的輸入，而輸出信號在示波器上觀察。圖3 顯示了兩種設備在室溫下的輸出，而圖4顯示了在80°C下的輸出。注意由Si87xx設備提供的更快的傳播延遲上升時間。

圖2. Opto對比EVB

圖3。在室溫下的光耦合器比較EVB

圖4使用與圖3相同的設置，但這一次在較高溫度下工作。藍色波形是Si8710A的輸出，黃色波形是HCPL-4506的輸出。與 圖3相比，隨著工作溫度的升高，HCPL 4506輸出下降邊緣明顯變慢，傳播延遲惡化。請注意，Si8710A的輸出性能基本相同，如圖3所示

圖4。在80°C下的光耦合器比較EVB

總結

Si87xx數字光耦合器升級是第一個也是唯一的增強光耦合器替代技術。與傳統的光耦合器相比，該設備系列提供了更高的 性能、更高的可靠性、更大的易用性和更直觀的設計。Si87xx可以很容易地改造到現有的光耦合器電路中，并且不需要進行PCB更改。這些設備是理想的改造或新的設計。

審核編輯：湯梓紅