Перейти к содержанию

ISO7740, ISO7741, ISO7742 — четырёхканальные цифровые изоляторы TI

ISO7741 передаёт четыре цифровых сигнала через изолирующий барьер из диоксида кремния: три в одну сторону и один в обратную — ровно столько, сколько нужно для развязки SPI. В отличие от оптопары, ему не нужен ток светодиода и резисторы, а задержка — десяток наносекунд. Разбираем по даташиту Texas Instruments выводы, уровни, изоляцию и отличия ISO7740 и ISO7742.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

ISO7741 — цифровой изолятор: каждый канал передаёт логический сигнал через двойной ёмкостный барьер из диоксида кремния (SiO₂). Задача та же, что у оптопары, — гальваническая развязка двух цепей с разными общими проводами, — но вход здесь обычный КМОП, без светодиода, и скорость на порядок выше. TI предлагает такие изоляторы для развязки SPI, RS-485, RS-232 и CAN; для самих линий есть и изолированные трансиверы со встроенным изолятором.

Коротко

  • Каналы — четыре: ISO7740 — 4 вперёд, ISO7741 — 3 вперёд и 1 назад, ISO7742 — 2 и 2.
  • Питание — каждая сторона от 2,25 до 5,5 В, независимо; изолятор сдвигает уровни.
  • Скорость — до 100 Мбит/с; задержка 12,7 нс типично и 17 нс максимум при 5 В.
  • Изоляция — 5000 В по UL 1577 в корпусе SOIC-16 широком (DW), 3000 В — в QSOP-16 (DBQ).
  • Помехи — CMTI 100 кВ/мкс типично, не меньше 85 кВ/мкс.
  • Ток — у ISO7741 при 5 В и 1 Мбит/с по всем каналам 3,2 и 2,8 мА со сторон 1 и 2 (типично).
  • Температура — −55…+125 °C.

Распиновка

ISO7741, вид сверху: 1 VCC1, 2 GND1, 3 INA, 4 INB, 5 INC, 6 OUTD, 7 EN1, 8 GND1, 9 GND2, 10 EN2, 11 IND, 12 OUTC, 13 OUTB, 14 OUTA, 15 GND2, 16 VCC2ISO77411VCC12GND13INA4INB5INC6OUTD7EN18GND19GND210EN211IND12OUTC13OUTB14OUTA15GND216VCC2вид сверху
ISO7741 в корпусах SOIC-16 широком (DW) и QSOP-16 (DBQ), вид сверху. Выводы 1–8 — сторона 1, выводы 9–16 — сторона 2
ВыводISO7740ISO7741ISO7742Назначение
1VCC1VCC1VCC1питание стороны 1
2, 8GND1GND1GND1общий провод стороны 1
3INAINAINAвход канала A
4INBINBINBвход канала B
5INCINCOUTCканал C
6INDOUTDOUTDканал D
7NCEN1EN1разрешение выходов стороны 1
9, 15GND2GND2GND2общий провод стороны 2
10EN2EN2EN2разрешение выходов стороны 2
11OUTDINDINDканал D
12OUTCOUTCINCканал C
13OUTBOUTBOUTBвыход канала B
14OUTAOUTAOUTAвыход канала A
16VCC2VCC2VCC2питание стороны 2

Нумерация одинакова для корпусов DW и DBQ. Разводка трёх версий различается только выводами каналов C и D и выводом 7: у ISO7740 на стороне 1 нет выходов, поэтому нет и EN1. Плату под одну версию нельзя без переделки использовать для другой.

Изоляция

Цифры зависят от корпуса. По разделу 5.6 даташита:

ПараметрSOIC-16 широкий (DW)QSOP-16 (DBQ)
Воздушный зазор и путь утечки снаружибольше 8 ммбольше 3,7 мм
Испытательное напряжение UL 1577, 60 с5000 В3000 В
Наибольшее повторяющееся пиковое VIORM2121 В566 В
Наибольшее рабочее VIOWM1500 В действующего, 2121 В постоянного400 В действующего, 566 В постоянного
Кратковременное VIOTM8000 В пик.4242 В пик.
Импульс 1,2/50 мкс в масле VIOSM12 800 В пик.10 000 В пик.
Ёмкость барьераоколо 1 пФоколо 1 пФ

В таблицах изоляции SLLSEP4K есть и третий корпус — сверхширокий DUW-16 (на с. 1 TI отсылает за такими корпусами к ISO7741U и ISO7742U): путь утечки и зазор больше 21,2 мм, испытательное напряжение UL 1577 — 5700 В действующего, импульс в масле — 13 000 В пик. ISO7741B выпускается только в корпусе DW и рассчитан на основную изоляцию: у него VIORM — 1414 В, VIOWM — 1000 В действующего, импульс в масле — 7800 В. Остальные ISO774x сертифицированы как усиленная изоляция. Для 1500 В действующего TI заявляет расчётный срок службы барьера больше 30 лет. Зазоры на корпусе ничего не дают, если площадки и дорожки на плате их сократили: путь утечки на плате выдерживают не меньше, чем у корпуса, при необходимости — прорезью.

Электрические характеристики

ПараметрЗначение
Питание VCC1, VCC22,25–5,5 В
Защита от пониженного питаниявключение при 2,0 В типично (2,25 В максимум), выключение при 1,8 В типично (от 1,7 В)
Пороги входовединица от 0,7·VCCI, ноль до 0,3·VCCI, гистерезис 0,2·VCCI типично при 5 В
Ток выхода±4 мА при 5 В, ±2 мА при 3,3 В, ±1 мА при 2,5 В
Выход при 5 Вединица не ниже VCCO − 0,4 В при −4 мА, ноль не выше 0,4 В при 4 мА
Задержка при 5 В6 / 12,7 / 17 нс (мин. / тип. / макс.)
Задержка при 3,3 В6 / 13,5 / 18,5 нс
Искажение длительности импульсадо 5,9 нс
Разброс между каналами одной микросхемыдо 4 нс при 5 В
Фронты выхода1,1 нс типично, до 3,9 нс при 5 В
Стойкость к синфазной помехе (CMTI)от 85 кВ/мкс, 100 кВ/мкс типично
Ток ISO7741 при 5 В, 1 Мбит/ссторона 1 — 3,2 мА тип. (4,8 макс.), сторона 2 — 2,8 мА (4,6 макс.)
Ток ISO7741 при 5 В, 100 Мбит/ссторона 1 — 11,4 мА (14,4), сторона 2 — 21 мА (25)

Даташит расходится сам с собой в двух местах. Задержка в списке особенностей на первой странице — 10,7 нс типично при 5 В, а в таблице 5.15 — 12,7 нс; для расчёта берём таблицу и её максимум 17 нс. В таблице рабочих условий в строке скорости стоит 50 Мбит/с, а в сноске к ней — что наибольшая нормированная скорость 100 Мбит/с; таблицы токов и временных характеристик даны для 100 Мбит/с.

Выходы по умолчанию и разрешение

Выводы EN1 и EN2 управляют выходами своей стороны: единица или обрыв — выходы работают, ноль — выходы в третьем состоянии, и ток потребления падает. Это позволяет нескольким изоляторам делить одну шину. Если вход канала оборван или питание входной стороны пропало, выход переходит в состояние по умолчанию: единица у ISO774x без буквы F, ноль у версий с F. После пропадания питания входа выход переключается за 0,1 мкс типично (0,3 мкс максимум).

Выбирают версию по тому, какое состояние безопасно для ведомой схемы. Наш вывод: для линии выбора микросхемы SPI с активным нулём подходит версия без F — при обесточенной стороне ведущего ведомое устройство не будет выбрано; для сигнала, который единицей включает силовой ключ, безопаснее версия с F.

Подключение

По таблице 8-1 даташита изолятору нужны только два конденсатора 0,1 мкФ — между VCC1 и GND1 и между VCC2 и GND2 — как можно ближе к выводам. Резисторы на входах не нужны: это КМОП-входы с током утечки до 10 мкА. Питание изолированной стороны берут от изолированного DC-DC-преобразователя или от источника, который уже есть у развязанной схемы.

Для SPI удобно разложить сигналы так: INA, INB, INC — SCLK, MOSI и выбор микросхемы от ведущего, IND → OUTD — MISO обратно. Наш расчёт ограничения частоты: ответ MISO приходит после двух проходов через изолятор — такт туда и данные обратно, — то есть с лишней задержкой до 2 × 17 = 34 нс при 5 В. Если ведущий читает бит по фронту через полпериода, полупериод должен быть больше 34 нс плюс задержка самого ведомого, то есть частота SPI — заметно ниже 15 МГц. Точный запас считают по временным диаграммам ведомого.

Сравнение с оптопарой

Быстрая оптопара 6N137 передаёт один канал до 10 Мбод, требует ток светодиода 5–15 мА, питания выходной стороны 4,5–5,5 В и даёт задержку до 100 нс; стойкость к синфазной помехе — до 15 кВ/мкс у VO2611. ISO7741 в одном корпусе даёт четыре канала, работает от 2,25 В, задерживает сигнал меньше чем на 20 нс и держит фронты помехи до 85 кВ/мкс гарантированно. Медленные сигналы — кнопку, реле, обратную связь блока питания — по-прежнему проще и дешевле развязать транзисторной оптопарой вроде PC817. Подробнее о терминах — на страницах «Стойкость к синфазным помехам (CMTI)» и «Задержка распространения».

Частые вопросы

Какая распиновка у ISO7741?

Корпус SOIC-16 широкий или QSOP-16, вид сверху. Сторона 1: 1 — VCC1, 2 и 8 — GND1, 3, 4, 5 — входы INA, INB, INC, 6 — выход OUTD, 7 — EN1. Сторона 2: 9 и 15 — GND2, 10 — EN2, 11 — вход IND, 12, 13, 14 — выходы OUTC, OUTB, OUTA, 16 — VCC2. Обе земли каждой стороны подключают.

Чем ISO7740, ISO7741 и ISO7742 отличаются?

Только направлением каналов. У ISO7740 все четыре канала идут со стороны 1 на сторону 2, у ISO7741 — три вперёд и один назад, у ISO7742 — два и два. Буква F в конце обозначения меняет состояние выхода по умолчанию: без неё при отсутствии входного сигнала или питания входной стороны выход в единице, с F — в нуле.

Можно ли развязать ISO7741 сигналы 3,3 и 5 В?

Да, стороны питаются независимо, каждая от 2,25 до 5,5 В, и изолятор заодно сдвигает уровни. Пороги входов привязаны к питанию своей стороны: единица — от 0,7·VCC, ноль — до 0,3·VCC. Но каждой стороне нужно своё питание: изолированную сторону питают от изолированного DC-DC-преобразователя или от источника самой изолированной схемы.

Как подключить ISO7741 к SPI?

Каналы A, B, C ведут SCLK, MOSI и выбор микросхемы от ведущего к ведомому, канал D возвращает MISO. Выводы EN1 и EN2 оставляют в единице или неподключёнными — тогда выходы работают; ноль переводит выходы своей стороны в третье состояние. По конденсатору 0,1 мкФ ставят у VCC1 и VCC2. Задержку изолятора нужно учесть при выборе частоты SPI.

Источники

  1. Texas Instruments. ISO774x High-Speed, Robust-EMC Reinforced and Basic Quad-Channel Digital Isolators (SLLSEP4K, March 2016, revised August 2026) — с. 1–2 — особенности (100 Мбит/с, 2,25–5,5 В, 10,7 нс типично, CMTI ±100 кВ/мкс), корпуса DW и DBQ, направления каналов ISO7740/41/42, исполнения F; рис. 4-1–4-3 и табл. 4-1 — выводы; разд. 5.3 — рабочие условия (2,25–5,5 В, UVLO 2,0/2,25 и 1,7/1,8 В, IOH и IOL, пороги 0,7 и 0,3 VCCI, скорость 50 Мбит/с в строке и 100 Мбит/с в сноске, −55…+125 °C); разд. 5.6 — изоляция (зазоры > 8 и > 3,7 мм, VIORM 2121 и 566 В пик., VIOWM 1500 и 400 В, VIOTM 8000 и 4242 В пик., VIOSM 12 800 и 10 000 В пик., UL 1577 — 5000 и 3000 В); разд. 5.9 — VOH, VOL, CMTI 85–100 кВ/мкс; разд. 5.10 — токи ISO7741 при 1, 10 и 100 Мбит/с; разд. 5.15–5.16 — задержки 6–12,7–17 нс при 5 В и 6–13,5–18,5 нс при 3,3 В; табл. 7-2 — состояние выходов по умолчанию; табл. 8-1 — конденсаторы 0,1 мкФ
  2. Vishay. 6N137, VO2601, VO2611: High Speed Optocoupler, 10 MBd (doc. 84732, Rev. 2.3, 23-Apr-2024) — для сравнения с быстрой оптопарой: питание выхода 4,5–5,5 В, ток светодиода 5–15 мА, задержка до 100 нс при RL = 350 Ом, стойкость к помехе 1000, 5000 и 15 000 В/мкс у 6N137, VO2601 и VO2611

Нашли ошибку?

Смотрите также