在一個電子系統中，與計算處理、信號鏈、電源等核心元器件相比，隔離器的位置似乎并不顯眼，但是其“存在感”一點也不弱，因為訓練有素的工程師都知道，在確保電子系統安全性和可靠性方面，這些“小器件”的作用無可替代。

電子電路的設計中之所以要用到隔離器，是因為在很多系統中同時存在高壓和低壓域，而高壓系統中往往更容易出現靜電放電、射頻、開關脈沖和電源擾動，引起電壓浪涌，對低壓域的敏感電路和元器件造成影響或損壞，而且高電壓也會對人體造成危害。因此就需要通過隔離技術在高、低壓域之間構建可靠隔離柵，隔絕安全、噪聲等風險，同時又要讓需要在高、低壓域之間傳遞的電信號能夠穿越隔離柵，進行可靠地傳輸，實現完整的系統功能。

總結起來，在電子系統中，小小的隔離器所起到的關鍵作用就是：

① 防止外部噪聲和干擾對系統的影響，從而保證系統可靠和穩定地運行。

② 保護設備和人員免受高電壓、高電流等危險因素的傷害，確保安全。

③ 減少信號傳輸過程中可能出現的干擾和失真，從而提高信號傳輸質量和準確性。

數字隔離器的興起

提到隔離器，人們首先會想到光耦合器（簡稱“光耦”），這是一種基于光電技術的混合器件：其通過透明介質進行物理隔離（電流隔離），同時在輸入側由一個發光LED將電信號轉換為光信號，并由輸出側的光電探測器感應光信號并生成相應的電信號，由此實現可靠隔離的信號傳輸。

與電磁繼電器等上一代解決方案相比，光耦的外形大大縮小，且能夠提供可靠的高壓隔離，同時具有出色的抗干擾性、很寬的工作溫度范圍，以及與多種數字和模擬電路兼容的特性，因此在相當長的時間內，是眾多隔離應用的不二之選。

不過，光耦并非是一種完美無缺的技術，其存在功耗大、速率低的弱點，而且由于光電組件的性能會隨時間發生衰減，因此光耦的使用壽命也較短，這就限制了其在低功耗、高速率、高可靠性等更多場合的應用。

為了彌補光耦產品在性能上的這些“缺憾”，2000年之后數字隔離器應運而生了。數字隔離器工作原理和光耦類似，但是采用與光耦“電—光—電”轉換調制方式不同的硅基技術，這樣就避免了光電元件易衰減的短板，還可實現更好的開關特性、更快的傳輸速率、更低的功耗、更緊湊的外形等優勢。值得一提的是，數字隔離器大都采用的是CMOS工藝，因此在提高集成度、優化成本等方面潛力更大，因此一經出現，就受到了廣泛關注。

根據工作原理，常見的數字隔離器可分為電磁耦合隔離器（磁耦）和電容耦合隔離器（容耦）兩類。

其中，磁耦隔離器是一種利用磁學原理進行電氣隔離的器件，利用“電-磁-電”轉換原理，通過線圈中的磁場來傳遞信號，具有電隔離強、反向電壓耐受能力高、串擾小、操作溫度范圍廣等優點，常用于高精度模擬信號隔離、電源隔離、MOS隔離等應用。

容耦隔離器則是在器件中基于高電介質材料構建一個“微型電容”，利用電容“通交流、阻直流”的特性實現信號的隔離傳遞。與磁耦隔離技術相比，容耦隔離器的制造工藝相對簡單，與標準的CMOS晶圓工藝兼容性好，具有明顯的成本優勢，而且產品迭代的速度快，目前在耐壓、抗浪涌能力等方面都有長足的進步，應用的場景也更為豐富，因此也是很多半導體廠商淘金數字隔離領域的主賽道。

	光電耦合	電容耦合	電磁耦合
溫度特性	溫漂大	溫漂小	溫漂小
功耗	高	低	低
速率	25Mbps	150Mbps	150Mbps
壽命	低	高	高
傳遞能量	弱	弱	強

表1：不同隔離器的性能比較

數字隔離器發展趨勢

正是由于數字隔離器具有上述的優勢特性，市場版圖一直在不斷擴張。一方面，數字隔離器一直未改“替代光耦”的初心，從各方面對標這個隔離市場原有的霸主，向傳統的應用領域滲透；另一方面，數字隔離器也利用自身的優勢，不斷拓展新的應用場景。如果仔細觀察，我們能夠看出數字隔離器的發展有幾條主要脈絡。

首先，通過在設計和工藝方面的提升，數字隔離器在不斷強化自身的優勢，同時也在補齊性能上的短板，比如提升耐壓能力、改善抗噪聲表現、降低功耗、簡化系統架構、減小外形等等，這使得其在與光耦PK時能夠有更足的底氣。

其次，提升產品的可靠性和耐用性，也是數字隔離器一個重要的進化方向。這是因為隔離產品屬于安規產品，在工業、新能源、汽車等這些典型的高壓應用場景中，都有相當高的標準或規范要求，因此數字隔離器想要在這些市場中立足，也必須經過相關的安規認證。

此外，利用與CMOS工藝兼容、易于集成功能的特點，數字隔離器也在超越“純”數字隔離器單一的產品形態，圍繞著各種目標應用不斷演化出復合功能的隔離產品，如隔離I/O、隔離收發器、隔離驅動器、隔離電源等等，為更多的產品和應用添加隔離功能，讓基于隔離技術的安全守護無處不在。

當然，上述這種數字隔離產品形態的擴展，要求技術供應商具備更全面的技術實力和更深厚的專業積淀。比如隔離驅動產品的設計，就需要開發者具備與驅動相關的功率電子知識并熟悉主流功率開關管（包括SiC等寬禁帶半導體器件）的特性，以便其產品能夠與之相適配；而在隔離I/O接口產品的設計中，則需要開發者有出色的ESD、抗干擾設計等方面的技能。

因此，如果你熟悉數字隔離器的市場格局，就會發現很多有實力的數字隔離器供應商，都是產品線非常廣泛的模擬或混合信號大廠，這也是其能夠提供品類豐富、性能出眾的數字隔離產品的保證。

Skyworks Solutions, Inc.（以下簡稱Skyworks）就是這樣一家數字隔離產品領域的實力制造商，基于在隔離和高壓領域深厚的專業知識和經驗積累，Skyworks能夠為廣泛的應用提供數字隔離器、隔離柵驅動器、隔離模擬放大器、隔離工業I/O等豐富的產品組合，在實現高性能、高可靠性的同時，幫助用戶實現更大的設計靈活性和更優的成本。

圖1：Skyworks提供的數字隔離產品

（圖源：Skyworks）

Skyworks的數字隔離精品

Si86Sx數字隔離器

Si86Sx數字隔離器是Skyworks標準數字隔離器產品中的代表作，與傳統的隔離解決方案相比，Si86Sx數字隔離器在數據速率、傳輸延遲、功耗、尺寸、可靠性和外部BOM等方面優勢明顯。

具體來講，Si86Sx數字隔離器具有高達6.0kV_RMS的隔離額定值，支持高達150Mbps的數據速率，可實現10ns的典型傳播延遲。該器件提供睡眠模式，可在啟用時關閉有源電路，從而節省功耗；同時Si86Sx還包含經過優化的低功耗模式操作選項，可進一步節省功耗。

Si86Sx數字隔離器產品組合齊全，包括支持SPI的產品以及通過方向控制引腳支持QSPI的選項；提供緊湊型的NB SOIC-8、NB SOIC-16、QSOP-16、SSO-8和WB SOIC-16封裝。Si86Sx系列中的所有產品均通過UL、CSA、VDE和CQC安全認證，還可提供汽車級的解決方案。

圖2：Si86Sx數字隔離器

（圖源：Skyworks）

Si858x集成隔離式RS-485收發器

隔離式收發器，顧名思義就是將數字隔離器和收發器的功能集成到單個緊湊型器件中，這也是數字隔離產品中一個重要的類別。

Skyworks的Si858x集成隔離式RS-485收發器，將堅固耐用、完全兼容的RS-485收發器與Skyworks專有的CMOS隔離技術相結合，非常適合于復雜工業環境中基于RS-485的現場總線系統（如ProfiBus或ModBus）隔離接口應用。要知道，這類總線系統很容易受到外部環境電氣噪聲瞬變的影響，引入數字隔離技術，可以有效防止此類瞬變和噪聲，實現更佳的信號完整性。

Si858x隔離式收發器采用專有的硅隔離技術，支持高達5kV_RMS（1分鐘）的隔離電壓，符合UL 1577標準，可實現高CMTI（>60kV/μs）、低傳播延遲和偏移、更優的溫度老化等特性，以及更緊湊的設計。

Si858x可在3.3V或5.0V額定電源下工作，并具有高達±30V的強大總線容錯能力，這是其能夠在嘈雜環境中防止有害瞬變的關鍵特性。其總線引腳還具有高達15kV HBM ESD的保護。這些器件集成了具有1Mbps數據速率能力的壓擺率控制驅動器，用于降低EMI，或在不實施壓擺率控制的情況下提供高達10Mbps的高數據速率。

該系列隔離式RS-485收發器還提供安全和保護功能（例如接收器故障安全和熱保護），-40℃至+125℃的寬工作溫度范圍，是工廠車間、過程控制等環境敏感型應用的理想選擇。

圖3：Si858x集成隔離式RS-485收發器

（圖源：Skyworks）

Si834x隔離智能開關

Si834x隔離智能開關是Skyworks隔離式工業I/O產品組合中的一款經典產品，非常適合用于驅動電阻和電感負載，例如工業控制系統中（包括PLC、I/O模塊、繼電器驅動器和伺服電機控制器等）的電磁閥、繼電器和燈等。

Si834x基于CMOS隔離技術進行安全的電隔離，從而實現更高的可靠性和性能，并可以達到超過150kV/μs的高共模瞬態抗擾度（CMTI）。

Si834x隔離開關支持高側和低側開關選項，導通電阻僅145mΩ，可提供符合IEC 61131-2標準的高達700mA的連續電流，具有全面的保護和診斷報告功能，以及用于工業自動化系統的先進配置、監控和控制。其開關邏輯接口可以像四個低功耗CMOS數字輸入一樣簡單，也可以像全串行外設接口（SPI）一樣豐富和靈活，可通過4個MCU引腳控制多達128個通道。

與其他的競品相比，Si834x隔離開關具有更好的電感負載驅動性能和更安全的過載保護。憑借創新的快速開關阻抗和鉗位電壓控制，Si834x可以實現更高的效率、更佳的可靠性，且無需復雜的散熱系統。在進入故障狀態時，Si834x隔離開關還可以在減少通道性能條件下繼續維持運行，而無需停工，這也是其一個差異化的優勢所在。

圖4：Si834x隔離智能開關

（圖源：Skyworks）

值得一提的是，除了Si834x這種集成式的隔離智能開關，Skyworks還提供單一功能的智能開關產品，如Si83004和Si83014，它們包含4個具有低導通電阻的高側或低側開關，以驅動PLC等工業控制系統中常見的電磁閥、繼電器和燈等電阻及電感負載。

這些智能開關的單通道類似于繼電器驅動器，具有針對常見故障的保護機制，同時可以與多通道數字隔離器或光耦合器陣列配對使用，形成一個完整的電氣隔離I/O解決方案。與完全集成的Si834x隔離式智能開關相比，Si83004和Si83014等智能開關可以為開發者提供更多的技術選項，實現更大的設計靈活性。

圖5：Si83004和Si83014智能開關

（圖源：Skyworks）

本文小結

在隔離技術領域，雖然光耦還在扮演著重要的角色，但是快速興起的數字隔離器正在對傳統的解決方案發起有力的沖擊。在這個競爭過程中，性能上的不斷精進，以及針對目標應用的產品線擴展，都是致勝的關鍵。而所有努力最終的目的，都是要讓基于隔離技術的安全防護無處不在，為電子系統的可靠工作和用戶的安全保駕護航。

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