国产光耦替换数字乐鱼的开展
为什么在电路设计中必要思索电气断绝？
一切触及 AC-DC 或中高压 DC-DC 功率转换的电子电路都必要电气断绝。 电气断绝是指制止电流在电路中的两个地区之间活动，确保没有实践的电气毗连，它有两个次要功效：
●确保职员和设置装备摆设的宁静：电气断绝可以使体系上的两个电路坚持独立。 比方，一种电路是强电流电路，另一种是弱电流电路。 假如没有电气断绝，一旦产生妨碍，强电流电路中的电流间接流向弱电流电路，会形成职员触电或电路设置装备摆设破坏。
●进步电路的抗搅扰才能：电气断绝可以去除两电路之间的接地回路，可以阻断共模、浪涌等搅扰信号的传达，使电子体系具有更高的宁静性和牢靠性。
在设计电路时，电子工程师有很多断绝选项，比方变压器和继电器。 但最无效和最常用的乐鱼件是光耦合器和数字乐鱼。
●光耦：光耦也称为光电乐鱼，简称光耦。
●数字乐鱼：比年来开辟的数字乐鱼基于CMOS技能，可为电子体系中数字和模仿信号的传输提供精良的电隔绝离特征。
光耦合器和数字乐鱼作为专门的电气乐鱼件，已普遍使用于各个范畴的电气和电子体系设计中。 本文将次要介绍这两类设置装备摆设的优缺陷及其使用方案。
光耦断绝的优缺陷
光耦是1970年月开辟的乐鱼件。 它以光为介质传输电信号，对输出和输入电信号有很好的断绝作用。 光耦由于体积小、寿命长、无触点、抗搅扰才能强、输入与输出断绝、信号单向传输等好处，在电子电路设计中失掉了普遍的使用。 光耦合器已成为最多样化和使用最普遍的光电器件之一，包罗晶体管耦合器、高速集成电路输入耦合器、可控硅耦合器和光控继电器等。 普遍使用于电断气缘、电气扁平变更、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号断绝、级距离离、脉冲缩小电路、数字仪表、远间隔信号传输、脉冲缩小器和固态继电器 (SSR)、仪器仪表、通讯设置装备摆设和盘算机接口。
速率和功耗是设计工程师最紧张的光耦参数。 差别的使用对光耦合器的速率要求差别。 比方，在通讯使用中，DeviceNet划定了绝对较低的数据速率，包罗125kBd、250kBd和500kBd，传达耽误要求小于40ns； CAN总线划定125kBd低速和1MBd高速数据速率，但对传达耽误没有严厉要求； Profibus 在 12MBd 范畴内传输数据，并指定乐鱼、收发器和毗连自己的总 PWD 耽误。
在功耗方面，局部超低功耗光耦产品接纳共同的集成电路设计和厚绝缘层质料，可在不影响断绝和绝缘功能的状况下大幅低落功耗，实用于RS485、CANBus和I2C等通讯接口， 微处置器体系接口，以及用于模数转换使用（如 A/D 和 D/A）的数字断绝。
除了速率和功耗之外，光耦合器产品也趋势于低电压特征。 随着越来越多的电子产品转向更低的电源电压，这也要求光耦合用具有低电压特征以满意体系的必要。 别的，随着体系集成度的不停进步和事情情况的日益严厉，光耦产品的体积和事情温度也开端面对亘古未有[gèn gǔ wèi yǒu]的应战。 近两三年来，电容耦合、磁耦合、电阻耦合、CMOS数字、SiO2等新型乐鱼屡见不鲜[lǚ jiàn bú xiān]，给光耦合器带来了很大的打击，面对渐渐被代替的伤害。
外洋和国际光耦厂商
颠末近50年的开展，环球光耦财产格式已趋于稳定。日美系品牌以高阶光耦称霸市场，台系品牌把持中低端光耦一半以上的产能，而国产光耦品牌则依附2019年“国产交换”的风口，也渐渐走到台前。在国际市场，贩卖和利润占比最高的这天美系光耦，此中代表厂家有：AVAGO(安华高)、FAIRCHILD(仙童)、VISHAY(威世)、ISOCOM(安数光)、OSRAM Opto(欧司朗)、CLARE(克莱尔)、IXYS(艾赛斯)、TOSHIBA(东芝)、RENESAS(瑞萨)、NEC(日电)、PANASONIC(松下)、SHARP(夏普)、OMRON(欧姆龙)、KODENSHI(可天士)等。
而光耦出货量最大的是台系厂商，根本把持了低阶市场50%～60%的产能，代表企业有LITE-ON(光宝)、EVERLIGHT(亿光)、CT MICRO (兆龙) 、COSMO (冠西) 、KINGBRIGHT(今台)和BRIGHT(佰鸿)等。
数字断绝的好处和缺陷
直至1990年月前期，光耦根本上是市场上独一的办理方案。由于光耦合器利用来自LED的光经过断绝屏蔽传输数据，因而在数据传输使用中，LED翻开时为逻辑高电平 （Logic HIGH），而封闭时为逻辑低电平（Logic LOW），这意味着在传输的历程中会继续发生功秏。但是，以CMOS为底子的数字乐鱼利用电感（磁性）或电容耦合来传输讯号，有较疾速的传输呼应，可以使用编码来表达逻辑高电温和逻辑低电平。因而数字乐鱼能在永劫间的高电平下增加功秏，同时可以处置庞大的双向接口，如485和I2C。
接纳数字乐鱼替换光耦具有如下利益：
●进步数据速率和时序特征
●集成多个断绝通道和别的功效，可减少尺寸、低落本钱
●功耗比光耦节流高达90%
●毗连别的数字器件所需的内部元件最少
●无需光耦所用的LED，进步牢靠性
别的， 数字乐鱼有较佳的共模瞬态抗扰度 (Common Mode Transient Immunity，CMTI)功能。CMTI对断绝结果十分紧张，由于高摆率（高频率）瞬变大概会毁坏断绝栅之间的数据传输。CMTI通常以千微伏每微秒 （kV/us） 为单元举行丈量，指的是乐鱼介于输出和输入之间回绝噪声的才能。高CMTI意味着较强的断绝才能，数字乐鱼的CMTI可达 200kV/us ， 而光耦合器广泛较低。
数字断绝的好处包罗高速、短命命、鲁棒性、精良的时序标准和更低的功耗等。但，数字断绝元件在许多中低端使用中并不具有本钱竞争力。别的，关于某些使用而言，光耦曾经失掉久经磨练且非常牢靠，数字乐鱼要想替换光耦并非易事，设计职员不太乐意冒实验新技能的危害。光学、磁性或电容断绝等差别断绝方案的选择将取决于特定客户的需求、详细细节和详细使用。这些利害并不会随着工夫的推移而产生本质性变革。
外洋和国际数字断绝厂商
比年来，随着CMOS工艺的不停前进，数字断绝技能开端开展起来，并渐渐被市场承认。种种光耦替换技能也屡见不鲜[lǚ jiàn bú xiān]，诸如电容断绝(容耦—TI、Silicon Labs和纳芯微)、电磁断绝(磁耦--ADI)等。
ADI于10多年前为寻求光耦合器替换方案而开辟出 iCoupler 数字乐鱼，它交融了高带宽片内变压器和精密 CMOS 电路，为设计职员改进了牢靠性、尺寸、功耗、速率、时序精度和易用性。ADI 数字乐鱼使用低应力厚膜聚酰亚胺绝缘层完成数千伏的断绝，可以将其与尺度硅 IC 集成在单芯片上，构成单通道、多通道和双向设置装备摆设。别的，它还能嵌入别的数据收罗、通讯和控制 IC，使得设计职员可以经心专注于体系功效的美满，而不用担忧断绝题目。
比年来，固然ADI一直占有着数字断绝市场的龙头位置，但Silicon Labs和德州仪器也经过无效的商业扩展到达了与ADI相近的程度，构成了鼎足之势[dǐng zú zhī shì]的市场格式。NVE的商业增加固然不如其他公司，不外仍非常活泼。现在，英特锡尔、美信、恩智浦、意法半导体、罗姆公司等公司也开端在市场上贩卖数字断绝相干产品。
外乡数字断绝厂商固然起步较晚，但乘着“国产替换”的西风，也开端敏捷开展起来。产品曾经量产并具有肯定市场影响力的国产数字乐鱼厂商有：苏州纳芯微电子、上海荣湃，以及上海川土微电子。
数字断绝的典范使用案例
断绝使用在产业范畴最为罕见，比方工场主动化、流程控制、PLC或可编程主动化控制器（PAC）、马达驱动控制和不中断电源（UPS）等设置装备摆设。产业主动化是乐鱼的最大市场，产业体系设计者们十分器重CMOS乐鱼所带来的利益，好比低温情况操纵、优秀的组件婚配性、增加偏移和高耐噪性等。
关于断绝式开关电源，传统的偏差缩小器大多接纳光耦方案，光耦反应可以应对绝大少数电源使用场景，但该方案有其范围性——电源光耦反应模块事情温度通常不凌驾100℃，传输特征绝对较慢，传输延时会随工夫增长而变长，环路呼应慢。别的，在产业使用场景，光耦反应方案精度较为一样平常。纳芯微基于电容断绝技能研收回高牢靠性断绝偏差缩小器NSi3190，它具有高带宽、高精度、高牢靠性等特征，可满意汽车级事情温度要求（−40°C~+125˚C）。这种乐鱼可以在单芯片上同时支持电压型输入和电流型输入，可完善替换传统的光电耦合器方案。
关于上下电平信号的传输，有的工程师大概会以为用光耦更划算，光耦在单颗元件本钱上的确具有上风，但综合思索全体方案本钱及功能，数字断绝方案在一些场景中还是优选方案。详细来看，光耦最大的缺陷是对温度的依耐烦十分高，温度变革引发的光耦功能变革会招致电路功能降落，因而在低温事情情况与对体积要求高的使用场所，数字乐鱼是更好的光耦替换方案。
数字乐鱼在汽车市场上也找到了用武之地。只管传统的内燃机（ICE）驱动汽车简直不必乐鱼，但自从电动车问世以来，电路和体系设计正渐渐改动。现在EV或林林总总[lín lín zǒng zǒng]的混淆动力车辆（HEV）通常设置装备摆设200V~400V高电压电池，将来的趋向是接纳更高电压的电池，藉此到达更高的功率和/或电池容量以及续航才能。这种高电压电池必需利用乐鱼，以确保汽车内差别电压场域的宁静性和讯号传输。很多汽车制造大厂竞相投入EV/HEV结构，为了优化低温操纵、波动性和抗噪性，汽车财产成为数字乐鱼技能的次要驱动力。EV/HEV的终端使用如电池办理体系（BMS）和车载充电器(OBC)，也减速推进着市场对乐鱼的需求。
数字断绝的市场开展趋向
10年前，非光学数字断绝照旧一个十分小的市场，2010年市场范围仅为5,400万美元，基本就没有惹起光耦制造商们的器重。近5年来，数字断绝贩卖大幅增加，至2018年环球市场范围已增至3.43亿美元。IHS Markit估计，到2024年这一细分市场将增加一倍以上，到达7.67亿美元。
从如今到2024年，产业使用仍将是乐鱼件最大的市场。不外，这时期的大局部增加将次要来自汽车行业，分外是电动车辆。现在还不明白在汽车市场是光耦照旧非光学数字乐鱼件会胜出，但两者的时机都许多。
中国事光耦产品的消耗主战场。现在，国际光耦的需求次要会合在中低真个消耗类、通用类范畴，比方手机充电器和电水表等。除了消耗电子，光耦器件在产业、汽车电子等使用中已渐渐成熟。数字乐鱼集成IC替换低阶光耦是一种趋向。如今有许多USB接口就自带电路掩护功效，集成IC方案可以让元器件更集成化，且本钱更低，合适必要严厉本钱控制的终端厂家。
别的，在一些新兴的使用市场，好比氮化镓快充充电器，数字乐鱼可以与氮化镓器件更好地共同，将渐渐为电子工程师所承受而成为主流的断绝替换方案。
###
一切触及 AC-DC 或中高压 DC-DC 功率转换的电子电路都必要电气断绝。 电气断绝是指制止电流在电路中的两个地区之间活动，确保没有实践的电气毗连，它有两个次要功效：
●确保职员和设置装备摆设的宁静：电气断绝可以使体系上的两个电路坚持独立。 比方，一种电路是强电流电路，另一种是弱电流电路。 假如没有电气断绝，一旦产生妨碍，强电流电路中的电流间接流向弱电流电路，会形成职员触电或电路设置装备摆设破坏。
●进步电路的抗搅扰才能：电气断绝可以去除两电路之间的接地回路，可以阻断共模、浪涌等搅扰信号的传达，使电子体系具有更高的宁静性和牢靠性。
在设计电路时，电子工程师有很多断绝选项，比方变压器和继电器。 但最无效和最常用的乐鱼件是光耦合器和数字乐鱼。
●光耦：光耦也称为光电乐鱼，简称光耦。
●数字乐鱼：比年来开辟的数字乐鱼基于CMOS技能，可为电子体系中数字和模仿信号的传输提供精良的电隔绝离特征。
光耦合器和数字乐鱼作为专门的电气乐鱼件，已普遍使用于各个范畴的电气和电子体系设计中。 本文将次要介绍这两类设置装备摆设的优缺陷及其使用方案。
光耦是1970年月开辟的乐鱼件。 它以光为介质传输电信号，对输出和输入电信号有很好的断绝作用。 光耦由于体积小、寿命长、无触点、抗搅扰才能强、输入与输出断绝、信号单向传输等好处，在电子电路设计中失掉了普遍的使用。 光耦合器已成为最多样化和使用最普遍的光电器件之一，包罗晶体管耦合器、高速集成电路输入耦合器、可控硅耦合器和光控继电器等。 普遍使用于电断气缘、电气扁平变更、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号断绝、级距离离、脉冲缩小电路、数字仪表、远间隔信号传输、脉冲缩小器和固态继电器 (SSR)、仪器仪表、通讯设置装备摆设和盘算机接口。
速率和功耗是设计工程师最紧张的光耦参数。 差别的使用对光耦合器的速率要求差别。 比方，在通讯使用中，DeviceNet划定了绝对较低的数据速率，包罗125kBd、250kBd和500kBd，传达耽误要求小于40ns； CAN总线划定125kBd低速和1MBd高速数据速率，但对传达耽误没有严厉要求； Profibus 在 12MBd 范畴内传输数据，并指定乐鱼、收发器和毗连自己的总 PWD 耽误。
在功耗方面，局部超低功耗光耦产品接纳共同的集成电路设计和厚绝缘层质料，可在不影响断绝和绝缘功能的状况下大幅低落功耗，实用于RS485、CANBus和I2C等通讯接口， 微处置器体系接口，以及用于模数转换使用（如 A/D 和 D/A）的数字断绝。
除了速率和功耗之外，光耦合器产品也趋势于低电压特征。 随着越来越多的电子产品转向更低的电源电压，这也要求光耦合用具有低电压特征以满意体系的必要。 别的，随着体系集成度的不停进步和事情情况的日益严厉，光耦产品的体积和事情温度也开端面对亘古未有[gèn gǔ wèi yǒu]的应战。 近两三年来，电容耦合、磁耦合、电阻耦合、CMOS数字、SiO2等新型乐鱼屡见不鲜[lǚ jiàn bú xiān]，给光耦合器带来了很大的打击，面对渐渐被代替的伤害。
外洋和国际光耦厂商
颠末近50年的开展，环球光耦财产格式已趋于稳定。日美系品牌以高阶光耦称霸市场，台系品牌把持中低端光耦一半以上的产能，而国产光耦品牌则依附2019年“国产交换”的风口，也渐渐走到台前。在国际市场，贩卖和利润占比最高的这天美系光耦，此中代表厂家有：AVAGO(安华高)、FAIRCHILD(仙童)、VISHAY(威世)、ISOCOM(安数光)、OSRAM Opto(欧司朗)、CLARE(克莱尔)、IXYS(艾赛斯)、TOSHIBA(东芝)、RENESAS(瑞萨)、NEC(日电)、PANASONIC(松下)、SHARP(夏普)、OMRON(欧姆龙)、KODENSHI(可天士)等。
而光耦出货量最大的是台系厂商，根本把持了低阶市场50%～60%的产能，代表企业有LITE-ON(光宝)、EVERLIGHT(亿光)、CT MICRO (兆龙) 、COSMO (冠西) 、KINGBRIGHT(今台)和BRIGHT(佰鸿)等。
数字断绝的好处和缺陷
直至1990年月前期，光耦根本上是市场上独一的办理方案。由于光耦合器利用来自LED的光经过断绝屏蔽传输数据，因而在数据传输使用中，LED翻开时为逻辑高电平 （Logic HIGH），而封闭时为逻辑低电平（Logic LOW），这意味着在传输的历程中会继续发生功秏。但是，以CMOS为底子的数字乐鱼利用电感（磁性）或电容耦合来传输讯号，有较疾速的传输呼应，可以使用编码来表达逻辑高电温和逻辑低电平。因而数字乐鱼能在永劫间的高电平下增加功秏，同时可以处置庞大的双向接口，如485和I2C。
接纳数字乐鱼替换光耦具有如下利益：
●进步数据速率和时序特征
●集成多个断绝通道和别的功效，可减少尺寸、低落本钱
●功耗比光耦节流高达90%
●毗连别的数字器件所需的内部元件最少
●无需光耦所用的LED，进步牢靠性
别的， 数字乐鱼有较佳的共模瞬态抗扰度 (Common Mode Transient Immunity，CMTI)功能。CMTI对断绝结果十分紧张，由于高摆率（高频率）瞬变大概会毁坏断绝栅之间的数据传输。CMTI通常以千微伏每微秒 （kV/us） 为单元举行丈量，指的是乐鱼介于输出和输入之间回绝噪声的才能。高CMTI意味着较强的断绝才能，数字乐鱼的CMTI可达 200kV/us ， 而光耦合器广泛较低。
数字断绝的好处包罗高速、短命命、鲁棒性、精良的时序标准和更低的功耗等。但，数字断绝元件在许多中低端使用中并不具有本钱竞争力。别的，关于某些使用而言，光耦曾经失掉久经磨练且非常牢靠，数字乐鱼要想替换光耦并非易事，设计职员不太乐意冒实验新技能的危害。光学、磁性或电容断绝等差别断绝方案的选择将取决于特定客户的需求、详细细节和详细使用。这些利害并不会随着工夫的推移而产生本质性变革。
外洋和国际数字断绝厂商
比年来，随着CMOS工艺的不停前进，数字断绝技能开端开展起来，并渐渐被市场承认。种种光耦替换技能也屡见不鲜[lǚ jiàn bú xiān]，诸如电容断绝(容耦—TI、Silicon Labs和纳芯微)、电磁断绝(磁耦--ADI)等。
ADI于10多年前为寻求光耦合器替换方案而开辟出 iCoupler 数字乐鱼，它交融了高带宽片内变压器和精密 CMOS 电路，为设计职员改进了牢靠性、尺寸、功耗、速率、时序精度和易用性。ADI 数字乐鱼使用低应力厚膜聚酰亚胺绝缘层完成数千伏的断绝，可以将其与尺度硅 IC 集成在单芯片上，构成单通道、多通道和双向设置装备摆设。别的，它还能嵌入别的数据收罗、通讯和控制 IC，使得设计职员可以经心专注于体系功效的美满，而不用担忧断绝题目。
比年来，固然ADI一直占有着数字断绝市场的龙头位置，但Silicon Labs和德州仪器也经过无效的商业扩展到达了与ADI相近的程度，构成了鼎足之势[dǐng zú zhī shì]的市场格式。NVE的商业增加固然不如其他公司，不外仍非常活泼。现在，英特锡尔、美信、恩智浦、意法半导体、罗姆公司等公司也开端在市场上贩卖数字断绝相干产品。
外乡数字断绝厂商固然起步较晚，但乘着“国产替换”的西风，也开端敏捷开展起来。产品曾经量产并具有肯定市场影响力的国产数字乐鱼厂商有：苏州纳芯微电子、上海荣湃，以及上海川土微电子。
数字断绝的典范使用案例
断绝使用在产业范畴最为罕见，比方工场主动化、流程控制、PLC或可编程主动化控制器（PAC）、马达驱动控制和不中断电源（UPS）等设置装备摆设。产业主动化是乐鱼的最大市场，产业体系设计者们十分器重CMOS乐鱼所带来的利益，好比低温情况操纵、优秀的组件婚配性、增加偏移和高耐噪性等。
关于断绝式开关电源，传统的偏差缩小器大多接纳光耦方案，光耦反应可以应对绝大少数电源使用场景，但该方案有其范围性——电源光耦反应模块事情温度通常不凌驾100℃，传输特征绝对较慢，传输延时会随工夫增长而变长，环路呼应慢。别的，在产业使用场景，光耦反应方案精度较为一样平常。纳芯微基于电容断绝技能研收回高牢靠性断绝偏差缩小器NSi3190，它具有高带宽、高精度、高牢靠性等特征，可满意汽车级事情温度要求（−40°C~+125˚C）。这种乐鱼可以在单芯片上同时支持电压型输入和电流型输入，可完善替换传统的光电耦合器方案。
关于上下电平信号的传输，有的工程师大概会以为用光耦更划算，光耦在单颗元件本钱上的确具有上风，但综合思索全体方案本钱及功能，数字断绝方案在一些场景中还是优选方案。详细来看，光耦最大的缺陷是对温度的依耐烦十分高，温度变革引发的光耦功能变革会招致电路功能降落，因而在低温事情情况与对体积要求高的使用场所，数字乐鱼是更好的光耦替换方案。
数字乐鱼在汽车市场上也找到了用武之地。只管传统的内燃机（ICE）驱动汽车简直不必乐鱼，但自从电动车问世以来，电路和体系设计正渐渐改动。现在EV或林林总总[lín lín zǒng zǒng]的混淆动力车辆（HEV）通常设置装备摆设200V~400V高电压电池，将来的趋向是接纳更高电压的电池，藉此到达更高的功率和/或电池容量以及续航才能。这种高电压电池必需利用乐鱼，以确保汽车内差别电压场域的宁静性和讯号传输。很多汽车制造大厂竞相投入EV/HEV结构，为了优化低温操纵、波动性和抗噪性，汽车财产成为数字乐鱼技能的次要驱动力。EV/HEV的终端使用如电池办理体系（BMS）和车载充电器(OBC)，也减速推进着市场对乐鱼的需求。
数字断绝的市场开展趋向
10年前，非光学数字断绝照旧一个十分小的市场，2010年市场范围仅为5,400万美元，基本就没有惹起光耦制造商们的器重。近5年来，数字断绝贩卖大幅增加，至2018年环球市场范围已增至3.43亿美元。IHS Markit估计，到2024年这一细分市场将增加一倍以上，到达7.67亿美元。
从如今到2024年，产业使用仍将是乐鱼件最大的市场。不外，这时期的大局部增加将次要来自汽车行业，分外是电动车辆。现在还不明白在汽车市场是光耦照旧非光学数字乐鱼件会胜出，但两者的时机都许多。
中国事光耦产品的消耗主战场。现在，国际光耦的需求次要会合在中低真个消耗类、通用类范畴，比方手机充电器和电水表等。除了消耗电子，光耦器件在产业、汽车电子等使用中已渐渐成熟。数字乐鱼集成IC替换低阶光耦是一种趋向。如今有许多USB接口就自带电路掩护功效，集成IC方案可以让元器件更集成化，且本钱更低，合适必要严厉本钱控制的终端厂家。
别的，在一些新兴的使用市场，好比氮化镓快充充电器，数字乐鱼可以与氮化镓器件更好地共同，将渐渐为电子工程师所承受而成为主流的断绝替换方案。
- ###
- 上一条国产光耦替换的数字乐鱼CVS1741H...
- 下一条带您理解光电耦合的固态继电器
客户办事热线
###
在线客服