从典型案例看数字隔离与传统隔离解决方案的技术抉策

图3:某知名企业的四通道光耦合器件(左图)与ADI四通道iCoupler（右图）的封装尺寸对比。

广泛的产品系列为此类应用提供了更具针对性的选择。业界具有大量应用的ADI公司电磁流量计参考设计中就采用了1kV四通道数字隔离器ADuM7441实现基本的电气隔离。与大部分四通道隔离器采用16引脚SOIC宽体封装不同，该器件采用小型16引脚QSOP封装，相比之下可节省几乎70%的电路板空间，却仍能耐受高隔离电压，并且符合UL和CSA标准（正在申请中）等法规要求。此外，ADuM7441功耗极低，在高达25Mbps的数据速率下，其功耗仅为同类隔离器的十分之一至六分之一。如果设计需要2.5kV的隔离等级，还可以选择双通道数字隔离器ADuM320x或四通道数字隔离器ADuM140x，此两个系列的数字隔离器同样基于ADI公司iCoupler技术，同样具有卓越的低功耗特性，非常适合电池供电的电磁流量计的设计。

电力计量中，iCoupler数字隔离技术同样形成了对传统光电耦合器的替代趋势。兼容直流的电流互感器一直用于检测智能电表中的交流电流，但它有一些缺点，而且很昂贵。对于某些应用，分流电阻是更好的电流传感器选择，因为它价格低廉、具有高线性度并且抗磁场干扰。然而，分流电阻不具有电流互感器所固有的电气隔离特性。在要求隔离的智能电表中，采用隔离电源技术的数字隔离器与分流电阻结合可提供一种良好的解决方案。iCoupler数字隔离器由于性能优于传统的光耦合器，并且支持多种串行通信(SPI、I2C或UART)，获得电力计量企业的大量采用。ADI在2012年更专为三相电能计量应用而推出了集成ADI公司的iCoupler和isoPower专利技术的一款3通道、Σ道、型ADC术的一款能计量应用，通过额定5kV的隔离势垒实现隔离信号传输和DC-DC电源转换，从而可使用分流电阻传感元件，而非电流互感器，大大降低成本而且不受磁场干扰和窃电篡改的影响。

二、医疗应用，iCoupler解决安全至关重要的隔离需求

IEC-60601-1、EN 6061-1-2和UL 6061-1等系列标准是关于医疗电子产品的基础安全标准，对触电危害防护要求有明确的规定，隔离技术的应用是满足这些标准要求的关键。为满足这些标准，安全通信解决方案领域全球领先企业Lantronix就在其新型EDS-MDn多端口医疗设备服务器的每一个端口都采用了iCoupler数字隔离技术实现其电流隔离。EDS-MD的电流隔离功能可为诸如此类连接设备提供最高等级的安全性，有助于确保将接地故障、功能故障等限制在单个端口，避免影响EDS-MD本身或者其他连接设备的完整性或可用性。

借助这些隔离器，Lantronix的设计工程师们得以增加隔离通道的总数，最终使数据速率和时序规格比基于光耦合器的设计提高了4倍。通过放弃体积较大的光耦合器和其他额外的外部元件，Lantronix的设计师们还降低了系统尺寸、提高系统集成度，同时降低了整体设计的复杂性和成本。与竞争产品相比，EDS-MD元件数的减少使电路板总空间降低了40%，进而有助于护理点节省宝贵的床边空间。iCoupler数字隔离器的功耗比光耦合器最多低90%，为Lantronix的EDS-MD设计工程师带来了更大的设计灵活性，使其可以轻松实现功耗目标。

图4：Lantronix新型EDS-MDn多端口医疗设备服务器。

类似的应用还有很多——中国最大的医疗器械制造商之一的北京超思电子在其全功能病人监护仪MMED6000DP系列产品中，同样舍弃一直沿用的光耦器件而采用了iCoupler数字隔离产品。iCoupler和isoPower技术组合为MMED6000DP提供了最佳的隔离平台，使该监护仪在满足5kV的隔离等级条件下，性能、集成度、成本和尺寸多个方面实现对光耦隔离方案的全面超越。

三、高集成度、小尺寸优势满足高密度航空应用

卫星的电源系统至关重要，任何故障都有可能给航天器造成严重损坏，使其无法完成任务。西门子航空航天业务集团PowerSCOE项目就是这样的系统，该系统每个通道都包含辅助模拟输入及数字和模拟输出，因此最大的挑战是要确保100个通道彼此隔离。PCB上有100多路模拟和数字I/O，面对如此高的PCB密度，传统的光耦合器和DC/DC转换器解决方案已无能为力。

该系统最终采用了ADI公司高度集成的iCoupler数字隔离技术。集成隔离式isoPower DC/DC转换器的数字隔离器基于iCoupler技术，在5.0 V电压（5.0 V输入电源）或3.3 V电压（3.3 V或5.0 V输入电源）下，隔离器集成的DC/DC转换器可提供最高500mW的隔离稳压电源。iCoupler芯片级变压器技术提供隔离电源并用于隔离四通道的逻辑信号，低功耗隔离设计中无需使用分立的隔离式DC/DC转换器。因此，与光耦合器和分立解决方案相比，这种解决方案所用的器件更少，尺寸更小，成本效益更高。

利用高度集成的数字隔离器，西门子航空航天业务集团的设计工程师得以提高一个控制模块所容纳的隔离数据端口数量，而无需加大模块尺寸，即使每个端口都需要自己的隔离电源。PowerSCOE保护板具有170个iCoupler器件。如果使用其它解决方案，如光耦合器