從原理上來(lái)說(shuō)，隔離器件主要有光耦隔離、磁隔離和電容隔離。德州儀器在隔離領(lǐng)域主推的是電容隔離技術(shù)。近日，德州儀器相繼推出了兩款新的隔離領(lǐng)域產(chǎn)品，主要面向工業(yè)和汽車應(yīng)用。領(lǐng)先業(yè)界的可靠性指標(biāo)將為相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用帶來(lái)可靠的隔離屏障。

        日前，德州儀器于北京召開(kāi)媒體發(fā)布會(huì)，德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)工程師 Neel Seshan和德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國(guó)區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英深入介紹了德州儀器的隔離產(chǎn)品發(fā)展。

德州儀器隔離器產(chǎn)品線產(chǎn)品市場(chǎng)工程師 Neel Seshan

德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國(guó)區(qū)汽車電子技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理師英

隔離產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)挑戰(zhàn)

        Neel Seshan表示，在信號(hào)或功率傳輸時(shí)，往往需要把直流信號(hào)或有用的通信數(shù)字信號(hào)從一個(gè)子系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)子系統(tǒng)，并隔離開(kāi)不想要的交流分量或噪聲，這是隔離器件主要的功能和定義。

        哪些領(lǐng)域需要隔離？Neel Seshan表示，隔離器件典型的應(yīng)用場(chǎng)景，包括工業(yè)應(yīng)用和汽車應(yīng)用。

        Neel Seshan介紹，目前隔離市場(chǎng)主要挑戰(zhàn)來(lái)自三個(gè)方面：

        第一個(gè)挑戰(zhàn)是針對(duì)魯棒性的，常常在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)里會(huì)遇到，比如需要測(cè)量高壓端的信號(hào)，怎樣能夠把高壓端信號(hào)安全地傳輸?shù)降蛪憾恕?/p>

        第二個(gè)挑戰(zhàn)是關(guān)于可靠性的，是指在有害或噪聲非常大的環(huán)境下的可靠性。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)里經(jīng)常存在高溫或高噪聲電子環(huán)境，在這種條件下，怎樣才能把信息、信號(hào)有效傳輸。

        第三個(gè)挑戰(zhàn)是有關(guān)尺寸的，現(xiàn)在電子系統(tǒng)的尺寸變得越來(lái)越小，工程師往往需要在更小的單位體積里實(shí)現(xiàn)更多的功能，這也是TI嘗試去解決的挑戰(zhàn)。

德州儀器的隔離技術(shù)和產(chǎn)品

        現(xiàn)在市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的隔離技術(shù)有很多種，常見(jiàn)的有光電隔離、變壓器隔離。TI采用的技術(shù)是電容性的隔離，電容性的隔離里，所使用的核心材料是二氧化硅。Neel Seshan表示，德州儀器之所以采用基于二氧化硅的電容隔離技術(shù)，是因?yàn)槎趸璞旧砭哂凶罡叩慕殡姀?qiáng)度。與光電隔離和變壓器隔離所使用材料的介電常數(shù)比較：光電隔離器件所使用材料的介電強(qiáng)度是20Vrms/μm；變壓器所使用的材料介電強(qiáng)度300Vrms/μm；而二氧化硅的介電強(qiáng)度500Vrms/μm。

        在光電隔離和變壓器隔離里所使用的材料是有機(jī)材料，有機(jī)材料對(duì)于外界環(huán)境因素變化有敏感性，最常見(jiàn)的是濕度和溫度。當(dāng)濕度和溫度變化的時(shí)候，它的介電強(qiáng)度會(huì)隨之發(fā)生變化，所以，在外界環(huán)境變化的時(shí)候有機(jī)材料的性能不如德州儀器使用的技術(shù)穩(wěn)定。二氧化硅就是玻璃，對(duì)于溫度和濕度的變化影響非常小，非常穩(wěn)定，這也是TI使用這個(gè)技術(shù)的主要原因。

        德州儀器的隔離產(chǎn)品系列第一大類包括數(shù)字隔離器與數(shù)字隔離器+隔離電源產(chǎn)品，不僅是通訊，隔離電源還應(yīng)用于通信器件。

        第二大類是隔離接口，包括I2C、RS-485、隔離LVDS高速信號(hào)傳輸接口，也包括隔離CAN。

        第三大類是TI的隔離柵極驅(qū)動(dòng)，主要用在馬達(dá)控制和功率變換里，馬達(dá)控制功率變換時(shí)需要碳化硅或氮化鎵等功率管的驅(qū)動(dòng)，作為典型的高壓和低壓互通器件，它需要隔離的柵極來(lái)驅(qū)動(dòng)氮化鎵、碳化硅或MOSFET隔離設(shè)備。

        第四大類是隔離式ADC和隔離放大器，就是集成的隔離放大器或隔離運(yùn)放。

ISO224隔離放大器

          ISO224是德州儀器新近推出的隔離放大器產(chǎn)品。ISO224是具有業(yè)內(nèi)最高的精度和工作電壓以及極長(zhǎng)的使用壽命、能夠大幅提升隔離性能的隔離放大器，它典型應(yīng)用于電壓采樣設(shè)計(jì)部分的器件，最主要的三個(gè)特點(diǎn)有：

        (1)最高可靠性，用隔離電壓數(shù)值來(lái)表征的話，它有比既有產(chǎn)品高出50%的隔離電壓，可以提供更長(zhǎng)時(shí)間的可靠性工作壽命。

        (2)市場(chǎng)上最高的電壓測(cè)量精度，在±12V以內(nèi)的電壓傳感或電壓測(cè)量應(yīng)用里，目前能夠做到精度最高的隔離運(yùn)算放大器。

        (3)ISO224集成了很多器件診斷功能，可以讓電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)更安全，提升器件自身的診斷和復(fù)位能力。目前安全性要求非常高的工業(yè)領(lǐng)域，尤其汽車領(lǐng)域，很多器件需要自身具有診斷功能。

ISO1042隔離式CAN FD收發(fā)器

        ISO1042是業(yè)界超小型增強(qiáng)隔離式CAN FD收發(fā)器，能提供更高的總線故障保護(hù)。眾所周知，CAN FD正在成為下一代汽車通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。            ISO1042具有四大特性：

        (1)最高的工作電壓，和ISO224一樣，ISO1042的高工作電壓可以提升可靠性、可靠工作壽命。

        (2)兼容CAN FD協(xié)議，CAN FD可以為電子系統(tǒng)提供更高速率，相比于傳統(tǒng)的CAN總線能提供超高速率的數(shù)據(jù)通信。從EMC和EMI角度來(lái)講，ISO1042可以提供最小的電磁干擾輻射和最高的抗電磁干擾性能，也就是說(shuō)它的EMC和EMI水平都是非常高的，性能非常高。

        (3)保護(hù)和診斷方面，ISO1042能夠?qū)崿F(xiàn)70V抗干擾電壓的最高可靠性保護(hù)和總線保護(hù)性能。

        ISO1042在測(cè)試可靠壽命預(yù)期時(shí)加上5000V高壓，能夠預(yù)判的可靠工作壽命可以達(dá)到270年，這是比以往的產(chǎn)品提升80%的參數(shù)。在提高可靠壽命情況下，實(shí)際也為最終的電子系統(tǒng)降低了引進(jìn)成本，不管這個(gè)系統(tǒng)是工業(yè)設(shè)備還是汽車電子系統(tǒng)。而且這個(gè)器件也是在我們汽車級(jí)或受控環(huán)境之下來(lái)制造和測(cè)試的，以此來(lái)保證高一致性和高可靠性的實(shí)現(xiàn)。

        (4)作為CAN FD收發(fā)器，另一個(gè)顯著性能是通訊速率的實(shí)現(xiàn)，通訊速率參數(shù)上，ISO1042能夠?qū)崿F(xiàn)5Mbps通訊傳輸速率，同時(shí)也有低至215ns的最低環(huán)路延遲，使得CAN FD總線通訊速率有很大提高。