光耦仿真器释疑：为何要升级光耦合器技术

于是，各种替代方案便开始不断涌现，比如电容隔离和磁隔离等技术，这些技术提供了比光耦合器更出色的整体性能。自 21 世纪初以来，德州仪器一直在投资开发基于二氧化硅 (SiO2) 的数字隔离技术，并推出了一些数字隔离器产品，这些产品具有与光耦合器相同的功能，并还带有一些独特的优势。

缩小差距：光耦仿真器简介

德州仪器的光耦仿真器融合了传统光耦合器的优势和 TI 基于 SiO2 的隔离技术的优势。光耦仿真器与业内最常见的光耦合器引脚对引脚兼容，有助于无缝集成到现有设计中，同时提供相同的信号行为。从设计工程师的角度来看，这些产品在外观和行为上都与光耦合器相似，但采用了 TI 的 SiO2 技术来实现隔离栅。隔离栅能有效地阻止高压信号并防止接地回路，确保系统的安全性和稳定性，使您能够充分利用 SiO2 隔离的优势，包括增强的电气特性、更出色的高压可靠性以及集成额外系统功能的潜力。通过开发这类半导体产品，我们的目标是为您提供两全其美的选择。

如图 1 所示，传统的光耦合器使用 LED 来跨隔离栅传输数字或模拟信息，而光晶体管则在另一侧检测信号。众所周知，光耦合器中使用的 LED 会在其使用寿命内随时间推移而出现老化或劣化效应。LED 的这一特性给系统设计人员带来了很大的麻烦。此外，光耦合器中使用的绝缘材料种类繁多，从空气、环氧树脂到模塑化合物等。表 1 清楚地展示了光耦合器与采用 SiO2 电介质的光耦仿真器在隔离强度上有何区别。

图 1：典型的光耦合器结构

表 1：各种绝缘材料的介电强度

光耦仿真器使用 TI 基于 SiO2 的隔离栅来实现信号隔离，可以避免这两个常见的光耦合器问题。图 2 展示了光耦仿真器的内部结构，其中发送和接收电路模拟了传统光耦合器的功能行为，同时 SiO2 提供了高压隔离。

图 2：TI 数字隔离器的结构

光耦仿真器的优势

通过整合先进的隔离技术，光耦仿真器能够克服与传统光耦合器相关的限制，实现出色的性能和可靠性。我们来讨论一下光耦仿真器的几个优势：

●   更低的功耗。传统的光耦合器需要预先进行超裕度设计，以帮助补偿 LED 不可避免的老化效应，因此需要在设计的整个寿命期间提供额外的正向电流 (IF)。TI 的光耦仿真器具有超低的 IF 和电源电流，能够帮助您节省高达 80% 的功率预算。

●   更高的共模瞬态抗扰度 (CMTI)。数字光耦合器的 CMTI 通常约为 15kV/µs，而 ISOM8710 的最小 CMTI 为 125kV/µs，因此可以在具有超高共模开关噪声或高振铃噪声的应用中使用。

●   稳定且精确的电流传输比 (CTR)。不必再为获得更精确的 CTR 范围而支付额外费用。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器标配各种在温度范围内保持稳定的精确 CTR 范围。

●   高数据速率。典型的高速光耦合器支持 1Mbps 至 10Mbps 的数据速率，而 ISOM8710 支持 25Mbps 的数据速率。这种支持能够实现更高的吞吐量，使光耦仿真器能够在各种高速应用中使用。

●   带宽。ISOM8110 支持 680kHz 的高带宽，因此能够缩小必要磁性元件（电感器和变压器）的尺寸。高带宽有助于改善次级侧调节反激式转换器的瞬态响应。而由于瞬态响应得到改善，因此可以缩小输出电容器的尺寸，从而释放布板空间并降低整体系统成本，尤其是在高开关频率的氮化镓设计中。

●   宽温度范围。光耦合器支持的温度范围通常为 0°C 至 +85°C。虽然有些光耦合器支持更宽的温度范围，但这一特性会增加额外的成本。TI 的光耦仿真器标配支持 –55°C 至 +125°C 的宽工作温度范围，并且在 2024 年将提供更多符合汽车标准的器件。

●   可靠隔离。光耦仿真器具有更高的高压性能，因此非常适合需要可靠隔离的应用。TI 的光耦仿真器采用 SiO2 来实现绝缘栅，可提供 500V/µm 的隔离能力，这远远超过市场上许多光耦合器中使用的空气介质 (1V/µm)。

结语

光耦仿真器代表着信号隔离技术的重大进步，它将熟悉的光耦合器功能与 SiO2 隔离技术的优势融为一体。借助这些器件，您能够满足现代系统的需求，确保性能、可靠性和安全性得到增强。通过充分利用光耦仿真器，您可以优化设计，迎接隔离技术的新时代。