电容式电气隔离与光耦合器技术对比 — 谁是赢家?
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德州仪器 的电容式电流隔离技术在很多方面与光耦合器隔离技术不同,其中最突出的当属隔离实施。首先,我们来确定一下我们是否理解“隔离”的真正含义。隔离从本质上讲是一种保护形势,允许两点间的通信,但阻止电流在各点间直接流动。
工作原理
在基于光耦合器的技术中,使用 LED 将信号信息传输给接收器,再由接收器将消息发送给电路的其余部分(可以想象成使用手电筒发送摩斯代码)。其隔离层源自 LED 与铸模化合物厚度的结合。因此从本质上讲,其隔离与构成其封装的组件相关。在 德州仪器的电容式技术中,信号信息以通过一系列蚀刻在硅芯片上的电路为基础。中间是二氧化硅构成的电容器,可通过利用边缘检测方案阻隔直接电流流动(可以想象成敲击墙壁传送摩斯代码)。
要了解所有不同点,毫不夸张地说可能需要满满一学期的大学课程,不过我们只讨论几个主要方面:部件间变化、绝缘厚度以及质量与可靠性。
部件间变化
变化是绝对的,但变化的粒度是相对的。德州仪器的隔离技术是一种二氧化硅电容器,以微米级工艺创建,部件间的变化会有,但极其微小。另一方面,光耦合器的隔离在封装层面上实现,其更像毫米级。该装配工艺变化和误差在该级别下自然较大。可以想象一下,每个节点的相对变化和噪声可能相似,而且与基本规范相比较小,但将光产品与电容式产品相比,您会看到这两种技术天壤之别的差异,因而其最根本的 DNA 也极为不同。
隔离层厚度 (DTI)
装配差异决定了光耦合器比 德州仪器 隔离器件大,这是所用材料属性的结果。隔离层厚度 (DTI) 是常用的衡量标准,相当于隔离层强度。在隔离实例中,与隔离强度有关的真正衡量指标是每微米电压击穿,而非纯厚度。我们来比较一下硅/PI/铸模化合物(用于光耦合器)与二氧化硅(用于德州仪器 电容式隔离)的额定参数:
上表清楚表明,更大并不意味着隔离性能更强。
质量与可靠性
可制造性与装配也会导致故障率。在查看光耦合器和德州仪器隔离器的故障时间 (FIT) 公开数据时,您会发现可靠性数据存在数量级的差异。故障时间实际是指:给定器件样片集在给定时间内以相同条件工作,会因损耗而出现多少次故障。
德州仪器隔离器又一次成为绝对的获胜产品,在 10 亿器件数小时工作过程中没出现一次完全故障,而相同的工作时间内光耦合器的故障次数则多达 369 次。产品离开装配及测试车间,到达客户门口后,依然也需要对最终器件进行故障产品挑选,挑选出具有装配问题或者未达标的产品。