數(shù)字隔離
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
數(shù)字隔離的實(shí)例教程
比如，對于一個在60Hz下傳輸24位顏色、分辨率為1920×1080（1080p）的視頻鏈路，如果要對這個視頻鏈路進(jìn)行信號隔離，我們需要4.4Gbps總帶寬的隔離器，才能保證視頻的流暢傳輸。
光纖信號隔離解決方案
光纖信號隔離解決方案中，銅介質(zhì)到光纖的轉(zhuǎn)換需要一個串行器、一個反串行器和電-光轉(zhuǎn)換器。同時要求光纖具有足夠的帶寬。這種方案速度快，傳輸距離長，可以長距離傳輸4K視頻，但是相對的成本也非常高。
圖2：HDMI信號到光纖 (圖片來源：ADI)
專用信號隔離芯片
當(dāng)然，使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器也可以實(shí)現(xiàn)這個功能。我們以每個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器150Mbps的速度運(yùn)行。該方案還需要一個串行器、一個解串器，如果要實(shí)現(xiàn)4.4Gbps的總帶寬，相當(dāng)于需要30多個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器。
展開 隔離電路：實(shí)現(xiàn)高低壓模塊間電氣隔離
隔離器件實(shí)現(xiàn)高低壓模塊間的電氣隔離，技術(shù)路線包括光耦隔離和數(shù)字隔離。隔離器件是可 以將輸入信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出，以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。電氣隔離 能夠保證強(qiáng)電電路和弱電電路之間信號傳輸?shù)陌踩裕绻麤]有進(jìn)行電氣隔離，一旦發(fā)生故 障，強(qiáng)電電路的電流將直接流到弱電電路，對電路及設(shè)備造成損害。另外，電氣隔離去除了兩個電路之間的接地環(huán)路，可以阻斷共模、浪涌等干擾信號的傳播，讓電子系統(tǒng)具有更高的 安全性和可靠性。高電壓（強(qiáng)電）和低電壓（弱電）之間信號傳輸?shù)脑O(shè)備大都需要進(jìn)行電氣 隔離并通過安規(guī)認(rèn)證。廣泛應(yīng)用于信息通訊、電力電表、工業(yè)控制、電動汽車等各個領(lǐng)域。
BMS芯片主要廠商在歐美
在BMS芯片中，可供選擇的AFE并不多。我們能接觸到的AFE內(nèi)部結(jié)構(gòu)大同小異，不同點(diǎn)在于采樣通道數(shù)、內(nèi)部ADC的數(shù)量、類型和架構(gòu)。
AFE的主要供應(yīng)商有ADI、TI、ST、松下、NXP和瑞薩。其中ADI的產(chǎn)品線主要來自收購的凌力爾特和美信（2019年，ADI收購凌力爾特后，和通用汽車等整車企業(yè)合作研發(fā)無線 BMS，推出了無線 BMS 系統(tǒng)與平臺，在電池生產(chǎn)至回收的全周期內(nèi)檢測電池數(shù)據(jù)并分析，使動力電池價值最大化），瑞薩的產(chǎn)品主要來自收購來的Intersil。AFE產(chǎn)品的供應(yīng)商主要是國外的企業(yè)，國內(nèi)目前沒看到有哪家廠商提供AFE芯片。
AFE主要供應(yīng)商及產(chǎn)品型號
從MCU方面來看，供應(yīng)商主要有TI、ST、NXP、英飛凌、瑞薩等。目前國內(nèi)也有很多MCU廠商都在積極布局車規(guī)級產(chǎn)品，如中穎電子、兆易創(chuàng)新、北京君正、芯海科技、國民技術(shù)、紫光國微、納思達(dá)、樂鑫科技、博通集成、復(fù)旦微電、上海貝嶺、晶豐明源等等。
展開 光電器件根據(jù)傳輸速率的不同可以分為普通光耦和高速光耦；高速光耦是一種數(shù)字隔離器；它的結(jié)構(gòu)由光敏二極管和放大驅(qū)動電路組成；具有高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可以在高速數(shù)據(jù)傳輸時，確保信號的穩(wěn)定性和可靠性。
由工采網(wǎng)代理的ICPL-075L是一款雙通道15 MBd高速數(shù)字光耦合器，針對全雙工工業(yè)通信應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化；采用最新的CMOS集成電路技術(shù)，以極低的功耗實(shí)現(xiàn)卓越的性能；在傳輸數(shù)據(jù)時，它可以同時傳輸兩個不同的信號，可以更加高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
產(chǎn)品參數(shù)：
ICPL-075L以薄型SOP8封裝，同時支持具有40 ns傳播延遲的數(shù)據(jù)速率的高速全雙工數(shù)據(jù)通信;每個檢測器包含一個集成光電二極管，一個高速跨阻放大器，電壓比較器與輸出驅(qū)動器；獲得UL、VDE和CQC等監(jiān)管部門的批準(zhǔn)，符合UL1577、EN60747-5-5（VDE0884-5）和GB4943.1標(biāo)準(zhǔn)。
特性：
●+3.3V和+5V CMOS兼容性
●40 ns max；脈寬失真
●30 ns max；傳播延遲偏斜
●高速:每分鐘15 MBd
10 kV/μm最低共模抑制
●—40攝氏度至105攝氏度的溫度范圍
應(yīng)用：
●數(shù)字現(xiàn)場總線隔離
●CANBus，RS485，USB
●多路數(shù)據(jù)傳輸
●計算機(jī)外圍接口
●微處理機(jī)系統(tǒng)接口
●直流變流器
ISweek工采網(wǎng)提供一個完整而全面的光耦合器系列，便于選擇各類應(yīng)用場景需要的光耦；如需光耦樣品測試、規(guī)格書資料、技術(shù)應(yīng)用咨詢，歡迎聯(lián)系:19168597394（微信同號）
展開 圖片來源：路透社
據(jù)了解，Skyworks 此次收購涵蓋了5G無線基礎(chǔ)設(shè)施、汽車的時鐘器件以及Silicon Labs用于電動車電池管理和充電系統(tǒng)的數(shù)字隔離芯片，還有一部分廣播產(chǎn)品線。該公司計劃用現(xiàn)金和承諾的債務(wù)融資為這筆交易提供資金。該公司還表示，該筆交易預(yù)計將于2021年第三季度完成。Qatalyst Partners擔(dān)任Silicon Labs的財務(wù)顧問，JP摩根擔(dān)任Skyworks的顧問。預(yù)計交易完成后，SiliconLabs相關(guān)業(yè)務(wù)的的350名員工將加入Skyworks。
Silicon Labs是由Nav Sooch、Dave Welland和Jeff Scott在1996年于美國德州奧斯汀 (Austin, Texas) 成立，專門開發(fā)世界級的混合信號器件；
Skyworks Solutions, Inc.是成立于1962年特拉華州的公司。憑借核心技術(shù)，Skyworks公司支持汽車、寬帶、蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施、能源管理、全球定位系統(tǒng)、工業(yè)、醫(yī)療、軍事、無線網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用程序。其產(chǎn)品組合包括放大器、衰減器、環(huán)形器、解調(diào)器、檢測器、二極管、定向耦合器、前端模塊、混合動力汽車、基礎(chǔ)設(shè)施射頻子系統(tǒng)、隔離器、照明和顯示解決方案、混頻器、調(diào)制器、光耦合器、光隔離器、移相器、 鎖相環(huán)/合成器/ 壓控振蕩器 、功率分配器/合成器、電源管理器件、接收器、開關(guān)和工業(yè)陶瓷等。
Skyworks并購史
近年來，Skyworks通過不斷地并購打造自己的商業(yè)帝國。截至目前，Skyworks在全球已經(jīng)有2000多個客戶，2600個以上的專利、2500多類模擬元器件產(chǎn)品，年營收超過30億美元。
展開 通過插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖5所示，邏輯電源引腳(VD)可進(jìn)一步與模擬電源隔離。轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部瞬態(tài)數(shù)字電流將在小環(huán)路內(nèi)流動，從VD經(jīng)去耦電容到達(dá)DGND（此路徑用圖中粗實(shí)線表示）。因此瞬態(tài)數(shù)字電流不會出現(xiàn)在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內(nèi)。VD引腳去耦電容應(yīng)盡可能靠近轉(zhuǎn)換器安裝，以便將寄生電感降至最低。這些去耦電容應(yīng)為低電感陶瓷型，通常介于0.01 μF和0.1 μF之間。
小心處理ADC數(shù)字輸出
將緩沖寄存器放置在轉(zhuǎn)換器旁（如圖5所示）不失為好辦法，可將轉(zhuǎn)換器數(shù)字線路與數(shù)據(jù)總線上的噪聲隔離開。緩沖寄存器也有助于將轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸出上的負(fù)載降至最低，同時提供數(shù)字輸出與數(shù)據(jù)總線間的法拉第屏蔽。盡管許多轉(zhuǎn)換器具有三態(tài)輸出/輸入，但此隔離寄存器依然代表著一種良好的設(shè)計方式。某些情況下，可能需要在模擬接地層上緊靠轉(zhuǎn)換器輸出添加額外的緩沖寄存器，以提供更好的隔離。
ADC輸出與緩沖寄存器輸入間的串聯(lián)電阻（圖5中標(biāo)示為“R”）有助于將數(shù)字瞬態(tài)電流降至最低，這些電流可能影響轉(zhuǎn)換器性能。電阻可將數(shù)字輸出驅(qū)動器與緩沖寄存器輸入的電容隔離開。此外，由串聯(lián)電阻和緩沖寄存器輸入電容構(gòu)成的RC網(wǎng)絡(luò)用作低通濾波器，以減緩快速邊沿。
典型CMOS柵極與PCB走線和通孔結(jié)合在一起，將產(chǎn)生約10 pF的負(fù)載。如果無隔離電阻，1 V/ns的邏輯輸出壓擺率將產(chǎn)生10 mA的動態(tài)電流：
驅(qū)動10 pF的寄存器輸入電容時，500 Ω串聯(lián)電阻可將此輸出電流降至最低，并產(chǎn)生約11 ns的上升和下降時間：
TTL型緩沖寄存器具有較高輸入電容，可明顯增加動態(tài)開關(guān)電流，應(yīng)避免使用該類芯片。
緩沖寄存器和其他數(shù)字電路應(yīng)接地并去耦至PC板的數(shù)字接地層。請注意，模擬與數(shù)字接地層間的任何噪聲均可降低轉(zhuǎn)換器數(shù)字接口上的噪聲裕量。
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數(shù)字隔離的最新內(nèi)容
光電器件根據(jù)傳輸速率的不同可以分為普通光耦和高速光耦；高速光耦是一種數(shù)字隔離器；它的結(jié)構(gòu)由光敏二極管和放大驅(qū)動電路組成；具有高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可以在高速數(shù)據(jù)傳輸時，確保信號的穩(wěn)定性和可靠性。
隔離方法
集成電路 (IC) 實(shí)現(xiàn)隔離的方式是阻斷直流和低頻交流電流，而允許電源、模擬信號或高速數(shù)字信號通過隔離柵傳輸。圖 1 展示了三種用于實(shí)現(xiàn)隔離的常用半導(dǎo)體技術(shù)：光學(xué)（光耦合器）、電場信號傳輸（電容式）和磁場耦合（變壓器）。
在數(shù)字隔離方面，主要用在高低壓之間的數(shù)字通信，比如在BMS主控板上的高壓采樣與MCU之間的SPI通信，以及采樣板AFE與MCU的SPI通信。主要供應(yīng)商有ADI、TI、Silicon Labs等。當(dāng)然，除了使用數(shù)字隔離器外，也可以使用光耦、或者變壓器隔離方案。
比較有代表性的BMS芯片
TI高精度電池監(jiān)控、平衡、保護(hù)器
汽車電氣化呈不可逆轉(zhuǎn)之勢快速發(fā)展，BMS系統(tǒng)成為首要核心問題。
對于初入門的，注意模擬元件，數(shù)字元件的隔離，以及機(jī)械位置的擺放，同時注意電源的拓?fù)渚涂梢粤恕?2）接下來就是布線，這與布局往往是互動的。
有經(jīng)驗(yàn)的人往往在開始就能看出哪些地方能布線成功，如果有些地方難以布線還需要改動布局，對于fpga設(shè)計來說往往還要改動原理圖來使布線更加順暢。
解決這些問題的一個方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統(tǒng)提供電源，光耦或數(shù)字隔離器件提供數(shù)據(jù)隔離。電流隔離可以去除地環(huán)流，抑制噪聲電壓。采用電流隔離的電路如圖21-1所示，本公司CAN接口電路也采用了電流隔離處理。
圖21-1：遠(yuǎn)距離通訊電流隔離電路示意圖
22.
我們曾經(jīng)在波形采樣和重建系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，采樣時鐘（數(shù)字信號）與模擬信號一樣易受噪聲影響，同時與數(shù)字信號一樣易于產(chǎn)生噪聲，因此必須與模擬和數(shù)字系統(tǒng)都隔離開。如果在時鐘分配中使用時鐘驅(qū)動器封裝，應(yīng)僅有一個頻率時鐘通過單個封裝。在相同封裝內(nèi)的不同頻率時鐘間共享驅(qū)動器將產(chǎn)生過度抖動和串?dāng)_，并降低性能。
在敏感信號穿過的地方，接地層可發(fā)揮屏蔽作用。
緩解的方法如下：減小地線的電阻，縮短模擬電路和數(shù)字電路共用地線，把模擬電路和數(shù)字電路通過磁珠隔離進(jìn)一步壓制干擾，假如數(shù)字電路電流波動不變，依然是1A，共用的地的電阻降低到2 mΩ，此時數(shù)字電路在共地部分引起的電壓波動只有0.002*1=0.002V，比上面的20mV小了很多，同時，有磁珠的存在還會進(jìn)一步壓制這個噪聲，提高模擬電路的信噪比或者是共模抑制比。
解決這些問題的一個方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統(tǒng)提供電源，光耦或數(shù)字隔離器件提供數(shù)據(jù)隔離。電流隔離可以去除地環(huán)流，抑制噪聲電壓。
這樣的目的是：
對于模擬信號，這提供了一個完整的傳輸介質(zhì)和阻抗匹配；
地平面把模擬信號和其他數(shù)字信號進(jìn)行隔離；
地回路足夠小，因?yàn)槟愦蛄撕芏噙^孔，地又是一個大平面。
發(fā)現(xiàn)了幾個可能的風(fēng)險點(diǎn)：
模擬信號缺乏屏蔽
模擬電源缺乏屏蔽
模擬地數(shù)字地隔離不干凈
接下來就是查找產(chǎn)生干擾的源（我懷疑是藍(lán)牙搞得鬼），咱不急，一點(diǎn)點(diǎn)來分析。
先測試了模擬電源的紋波，受限于示波器精度，只能分辨10mV，沒發(fā)現(xiàn)異常，但這并不代表電源就是ok的，需要進(jìn)一步排除。
