容性耦合数字隔离器

feixiang20

在许多容性耦合数字隔离器中，系统实际上类似于光耦合器。这类器件用一个高频振荡器发送信号，使其通过一对差分电容。就像光耦合器的LED一样，该振荡器需要消耗电能以发送高电平状态，关闭以发送低电平状态。接收器配有有源放大器，两种状态下均需消耗偏置电流。如表1所示，得益于电容的高耦合效率，总功耗显著低于光耦合器方案。

需要注意的是，数字隔离器的功率水平大致相当，不管是采用感性耦合还是容性耦合的方案。在这种情况下，决定最低功率水平的主要是编码方案，尤其是在低数据速率条件下。

ADI公司基于iCoupler的数字隔离器（如ADuM140x系列）采用另一种编码方案，如图1所示。该方案在输入端检测边沿，并将其编码为脉冲。对于ADuM140x，一个脉冲表示下降沿，两个脉冲表示上升沿。这些脉冲通过片内小型的变压器被耦合到副边。接收器对脉冲计数，重构数据流。脉冲本身非常鲁棒，信噪比出色，但其宽度只有1ns，因此，单位脉冲能量较低。这样造就了一个卓越的属性：无数据变化时，状态在输出端保存于一个锁存器中，几乎不消耗电量。这意味着，功耗就是脉冲流中的集成电能与一些偏置电流之和。随着数据速率的降低，功耗呈线性下降，一直降至直流。同样，实现功耗下降的是编码方案而非特定的数据传输媒介，该方案既可采用容性系统也可采用光学系统。

Detect data edges： 检测数据边沿

Encode as pulses： 编码为脉冲

Transfer through transformer： 通过变压器耦合

Decode pulses： 解码脉冲

Reconstruct data： 重构数据

Rising edge： 上升沿

Falling edge： 下降沿

CMOS top metal： CMOS顶层金属

Insulation： 隔离

脉冲编码方案并非低功耗的灵丹妙药。其不足在于，如果输入端无逻辑变化，则不会向输出端发送数据。这意味着，如果在上电时序造成输入输出存在不同的直流电平，则输入和输出将不会匹配。ADuM140x解决了这个问题，其方法是在输入通道上设置一个刷新看门狗定时器，如果未检测到活动的时间超过1μs，该定时器将重新发送直流状态。这种设计带来的结果是，当数据速率低于1Mbps时，这种编码方案将不会继续降低功耗。实际上，该器件始终运行于至少1Mbps的数据速率下，因此，在低数据速率情况下，功耗不会继续下降。即便如此，与电平敏感方案相比，脉冲编码方案的平均功耗较低。

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wudianjun2001

不错的资料

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