Перейти к содержанию

Цифровой изолятор

Оптопара — не единственный способ передать логический сигнал через изоляцию. Цифровой изолятор делает то же внутри одной микросхемы: сигнал проходит через высоковольтные конденсаторы или трансформаторы на кристалле, а две половины микросхемы питаются от разных источников и имеют разные земли.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Цифровой изолятор (digital isolator) — микросхема, которая передаёт логические сигналы между двумя цепями с гальванической развязкой. По описанию TI изолятор состоит из трёх частей: высоковольтного изолирующего элемента (барьера), передатчика, который вводит сигнал в барьер с одной стороны, и приёмника, который восстанавливает логические уровни с другой. У изоляторов TI барьер — высоковольтные конденсаторы с диэлектриком из диоксида кремния SiO2 (SLLA284, разд. 1).

Как сигнал проходит через барьер

Постоянный уровень через конденсатор не пройдёт, поэтому сигнал кодируют. TI применяет две схемы (SLLA284, разд. 1.1–1.2):

АрхитектураКак передаётся сигналСемейства TI
Передача фронтовканал HF пропускает фронты от 100 кбит/с до 150 Мбит/с, медленные сигналы до постоянного тока идут по каналу LF с ШИМ от внутреннего генератораISO72xx, ISO73xx, ISO74xx и др.
Амплитудная манипуляция (OOK)одно состояние входа — передача несущей, другое — её отсутствие; приёмник выделяет огибающуюISO67xx, ISO77xx, ISO78xx

Как включают

У типичного четырёхканального изолятора в корпусе на 16 выводов два питания и две земли: выводы 1–8 относятся к GND1, 9–16 — к GND2. Питание обычно 3–5,5 В с каждой стороны (SLLA284, разд. 2); ISO7741 работает от 2,25 до 5,5 В и заодно переводит уровни между сторонами. TI рекомендует конденсатор 0,1 мкФ у каждого вывода питания (SLLSEP4K, разд. 8.3). Питание изолированной стороны часто берут от изолированного DC-DC-преобразователя — отдельного или встроенного, как в ISOW7841.

Что смотреть в даташите

  • Скорость и задержка. ISO7741 — до 100 Мбит/с, задержка 10,7 нс типично при 5 В. Для SPI важна задержка по кругу: такт идёт через изолятор туда, данные — обратно (SLLA284, разд. 3.1).
  • Стойкость к синфазным помехам — у ISO7741 ±100 кВ/мкс типично.
  • Изоляция — класс (основная или усиленная), напряжения VIORM, VIOTM, VISO, путь утечки корпуса.
  • Состояние выхода по умолчанию при пропадании входного питания.

Цифровой изолятор несимметричный (single-ended) и не соответствует стандартам интерфейсов, поэтому линии RS-485, CAN или I2C развязывают либо со стороны контроллера, либо изолированным трансивером (SLLA284, разд. 2). Сравнение с оптопарами, трансформаторами и разводку платы разбирает статья «Гальваническая развязка».

Частые вопросы

Чем цифровой изолятор отличается от оптопары?

Оптопара передаёт сигнал светом от светодиода к фототранзистору, цифровой изолятор — через конденсаторы или трансформаторы на кристалле. У изолятора ISO7741 скорость до 100 Мбит/с и типичная задержка 10,7 нс при питании 5 В (SLLSEP4K), а у оптопар TI среди недостатков называет деградацию светодиода (SLLA198A). Зато изолятору нужно питание с обеих сторон.

Можно ли передать через цифровой изолятор RS-485 или CAN?

Только логические сигналы со стороны контроллера. TI подчёркивает, что цифровые изоляторы несимметричные (single-ended) и не соответствуют стандартам интерфейсов: развязку RS-485 ставят между контроллером и трансивером. Для этого есть и изолированные трансиверы, где изолятор встроен в микросхему трансивера (SLLA284, разд. 2).

Что выдаёт изолятор, если пропало питание входной стороны?

Состояние по умолчанию, которое указано в даташите. У ISO774x выход по умолчанию высокий, у версий с суффиксом F — низкий (SLLSEP4K). Выбирают так, чтобы при потере сигнала исполнительное устройство оставалось в безопасном состоянии (наш комментарий).

Источники

  1. Texas Instruments. Digital Isolator Design Guide (SLLA284G, July 2022, revised September 2023) — разд. 1: изолятор — барьер, передатчик и приёмник; у TI барьер из высоковольтных конденсаторов на SiO2; архитектуры с передачей фронтов (канал HF от 100 кбит/с до 150 Мбит/с и канал LF до постоянного тока с ШИМ) и с амплитудной манипуляцией OOK; разд. 2: два питания и две земли, питание обычно 3–5,5 В, изоляторы несимметричные (single-ended) и не соответствуют стандартам интерфейсов; изолированные функции — трансиверы и драйверы со встроенным изолятором
  2. Texas Instruments. ISO774x Reinforced and Basic Quad-Channel Digital Isolators (SLLSEP4K, March 2016, revised August 2026) — с. 1: 100 Мбит/с, питание 2,25–5,5 В и трансляция уровней, 1,5 мА на канал при 1 Мбит/с (тип.), задержка 10,7 нс тип. при 5 В, выход по умолчанию высокий, у версий F — низкий, CMTI ±100 кВ/мкс тип., до 5000 В ср. кв.; разд. 8.3: конденсатор 0,1 мкФ у VCC1 и VCC2
  3. Texas Instruments. ISOW784x Quad-Channel Digital Isolators with Integrated DC-DC Converter (SLLSEY2G, revised August 2021) — разд. 9: каналы данных на OOK — несущая высокой частоты передаёт одно состояние, отсутствие несущей — другое; барьер на SiO2
  4. Texas Instruments. The ISO72x Family of High-Speed Digital Isolators (SLLA198A, January 2006, revised August 2018) — недостатки оптопар: ограничение скорости, рассеиваемая мощность и деградация светодиода

Нашли ошибку?

Смотрите также