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[嵌入式]电容隔离原理

1. 杂谈

很多不会,很多都需要学习,草稿箱已经多的溢出了,但是不想完善,还是想写新的。
我很喜欢学习的感觉,但是很多都只写一半,主要原因是时间被分割了,过段时间再写就写不下去了。也不知什么时候才能把一些好的习惯当做吃饭一样自然。

2.原理

2.1 隔离介绍

隔离的原因主要有两方面,一方面保护人,另一方面保护物。低压电子电路中,保护物主要指的是,保护比较贵的器件如FPGA,处理器等,另一方面保护关键器件,避免芯片受干扰工作不正常或者结果不是我们想要的。
隔离主要有三种方式,光耦隔离(光)、磁隔离(磁)、电容隔离(电)。前面两种在在之前博客中介绍过,今天来介绍下电容隔离。电容隔离在TI的产品中用的比较多,ADI主要用磁隔离。

2.2 电容隔离原理

电容隔离使用逻辑输入和输出缓冲器,由双电容SiO2绝缘栅隔开。
在这里插入图片描述
SiO2的介电强度(被击穿时, 单位厚度承受的最大电压)高,绝缘性好。而光耦隔离的绝缘介质是空气,其介电强度没有SiO2高。
下面是几种介质的介电强度:
在这里插入图片描述
电容隔离有两种架构:基于边沿的通信和基于开关键控 (OOK:on off key) 的通信.
1)基于边沿通信
架构原理图如下图,分为高频和低频信号。
高频信号,(100kbps~150Mbps)通过反相器变成差分信号,通过电容,变成窄脉冲,再通过比较器变成轨到轨的差分脉冲,然后检测脉冲时间,超过一定时间切换到低频。
低频信号,(<100kbps)使用内部振荡器的载波频率对输入信号进行调制,通过电容隔离后,通过低通滤波器LPF移除高频载波输出。
高频相对于低频多个时间检测,少个滤波器。
在这里插入图片描述
2)开关键控
输入信号被高频振荡器调制,高电平传输信号,低电平不传输信号,然后通过放大检波还原信号,为了提高抗干扰能力,同样采用差分信号传输。
在这里插入图片描述

2.3 电容隔离特点

  • 抗干扰能力强,相比来说,磁隔离受电磁干扰影响大
  • 磁隔离可以传输能量,但电容隔离传输能量小
  • 功耗小,相比来说,光耦隔离由于要发光,消耗电能
  • 更稳定
  • 寿命长
  • 传播延时小,速率高
  • CMIT(Common-mode transient immunity)共模瞬态抗扰度,高

参考文献

《Improve your system performance by replacing optocouplers with digital isolators》
《数字隔离器设计指南》TI
《高速数字信号隔离器芯片的研究与设计》

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加:2022-06-14 22:50:26  更:2022-06-14 22:51:28 
 
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