数字隔离器选型，从读懂Datasheet开始

 

 

相比光耦，数字隔离器如今越来越流行，那么你真的会选数字隔离器吗？由于数字隔离器和光耦的功能基本相同，因此很多参数和光耦类似。但还有很多不一样之处，今天我们就结合Datasheet，来讲一讲数字隔离器的选型。

   

从看Datasheet到提出问题

既然谈到选型，就离不开Datasheet。Datasheet是芯片的说明书，每个产品的说明书都是循序渐进的，从概述到详细参数再到注意事项，Datasheet亦如此，它也有着固有格式，包括产品介绍、关键参数、通过的安规认证（隔离器关系到安全问题必须要有这项）、应用领域、器件基本信息（封装、尺寸）以及产品框图。

 

那么，我们也应该循序渐进地逐步确定需求并缩小选型范围。

 

拿到Datasheet第一步，就是先看第一页概述，这是对产品的总结，一般包括了参数和介绍等，让我们在短时间内得以迅速了解芯片的性能指标。选型和原型验证往往是系统设计时最花时间的，因此详细阅读并了解非常有助于我们前期筛选。

 

然后，从应用角度出发，清晰了解应用具体需求及演进路线，一般Datasheet中都会具体列出适合的应用，比如汽车、光伏、电机、工业自动化等等。

 

通过上述介绍，我们已经基本了解产品大致情况，对于应用而言，还需要有一些更为详细的参考，这就是我们接下来要聊的，数字隔离器都要看哪些参数？

 

 

细数藏在参数里的门道

对于数字隔离器来说，哪些参数值得关注？为了避免纸上谈兵，我们请教了纳芯微产品线总监叶健，深耕隔离器领域多年的他，完整见证了从光耦到数字隔离器的替代过程，提供了很多知识总结。他以纳芯微的NSI82xx-Q1SWWR系列高可靠性多通道超宽体数字隔离器为例，具体解读了数字隔离器的Datasheet。

 

虽然Datasheet上存在隔离电压、CMTI、封装、速度、功耗、ESD等大量参数，让人眼花缭乱，但叶健也总结了应当重点观察的参数项。叶健结合纳芯微的产品列出了以下七个主要参数，不分先后。

首先是隔离电压。隔离产品是一个安规器件，因此一定是围绕着安全进行选型，其中最主要的就是隔离电压的能力。比如纳芯微通过基本隔离、增强隔离等多种产品，覆盖了不同耐压范围，以满足客户不同的系统需求选型。

 

其二是ESD。它是隔离芯片高可靠性的重要保证，对绝大多数芯片而言，ESD都是必须的，但也分强弱，而隔离芯片由于所处高压环境中，在系统中通常是处于高低压的接口处，因此ESD同样极为重要。纳芯微实现了8kV的HBM耐压能力，属于芯片级HBM ESD中最高等级。

 

第三是CMTI。它是隔离产品另外一个重要指标，用以衡量芯片的抗瞬态干扰能力，也就是芯片在系统应用中的鲁棒性表现。CMTI具体是是指短时间电压上升或下降到可以破坏驱动器输出状态的值，瞬态干扰是由开关节点上的高 DV/DT 引起的，如果CMTI能力不够，可能会导致输出错误，甚至出现威廉希尔官方网站 短路，影响系统安全。纳芯微隔离器的CMTI主要为±200kV/μs，部分型号甚至可达到±250kV/μs。

 

第四是封装。这里的封装不止体现在尺寸上，而是与耐压或安规爬电间距等指标相关，也会根据客户的要求或系统要求提供不同芯片选型，但最终目标一定会是在更小尺寸、更高集成度情况下，同时能够满足安规要求。比如纳芯微就提供了包括SOP、SOW、SOWW等不同封装种类，满足不同安规要求，这点之后会细说。

 

五是传输速率和延迟。它是数字隔离器高性能的体现，最高可以支持数百Mbps甚至达到Gbps的传输速率。不同通信标准和接口对于数据传输率要求不同，需要仔细审阅。但叶健也强调，无论是1Mbps还是150Mbps，对成本影响并不大，也正因此纳芯微的产品并没有根据传输速率设置更多的产品类别，而是基本都是一步到位做到了150Mbps，可以满足绝大部分应用需求。另外除了传输速率，在Datasheet中也会有时序相关的各类详细参数，这也是系统设计时需要考虑的。

 

六是功耗。不过叶健表示，数字隔离器相对光耦而言，功耗已经实现极大降低，因此对于功耗的诉求相对不大，但Datasheet中还是会详细列出各种状况下的功耗指标。

 

七是工作温度。工作温度与应用场景强相关，比如车规产品分了Grade 0到Grade 3四个等级，对应不同的温度要求，Grade 0需要覆盖的温度范围是-40℃~150℃，工规则根据不同的应用场景对温度有不同的要求，通常最高要求是-40℃~125℃等，这些都在Datasheet中有详细说明。

 

 

封装的学问

叶健强调，仅对隔离器而言，封装的影响很大，主要原因是封装的大小直接影响器件的耐压能力，因此这也是需要特别注意的地方。谁都愿意将产品小型化，但更高规格的隔离电压需要更宽的封装。也正因此，纳芯微推出包括普通、宽体以及超宽体的封装，超宽体封装的优势主要体现在两个指标上，一个是15mm爬电距离，另一个是8 kVrms的隔离耐压，增强型隔离器可以提供与两个串联的基本隔离器相当的绝缘水平，这可以满足一些特殊的应用需求，比如光伏逆变器等等。

纳芯微不同种封装方式及详细指标都在Datasheet中列出

 

简而言之，更大封装将允许更高的隔离电压规格。如果您可以选择更小的封装来满足系统的监管要求，那么更小的封装当然有助于节省板空间和成本。此外，您还需要考虑通信接口需要多少个隔离通道，因为通道数越高，封装类型就越重要。

 

电气间隙（Clearance）和爬电距离（Creepage）是两个不同指标，电气间隙是两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间测得的最短空间距离，爬电距离则是指沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间的最短距离。

 

电气间隙和爬电距离受环境污染等级、海拔、CTI等影响，尤其是光伏、风电等野外恶劣环境下持续工作场景中，海拔和污染的影响很高。如何尽可能满足电气间隙和爬电距离的要求同时还能减少整体尺寸？纳芯微产品的CTI达到了600V，可以使得系统对爬电距离的要求降到最低，从而减少系统尺寸。

 

 

安全标准至关重要

光是满足参数标准，并不意味着选型结束，隔离器还要关注安全认证指标，作为安全相关产品，认证往往都会放在最醒目位置，比如纳芯微Datasheet第一页中就给出了其满足的安规认证标准，包括UL1577、CQC、CSA、VDE等不同认证体系。认证标准之所以重要，是因为制造商在选择带有认证标志的产品后，就可以很容易拿到系统的安规证书，使得产品放心地在全球范围内的使用和销售。

 

UL1577标准是数字隔离器的关键元件级认证要求，适用于光隔离器、磁隔离器以及电容隔离器。为通过该标准的认证，器件必须承受隔离电压Viso（由制造商规定，通常为2.5kVrms或5kVrms）达1分钟。该规范还规定隔离器需要采用120%隔离电压进行100%生产测试，持续时间为1秒钟。

 

另外，数字隔离器还需要参考CQC、CSA、VDE等地区性认证标准。

 

安规认证背后，是严格的测试流程。需要经过包括老化测试，耐高压测试，抽样测试，宽温测试，寿命测试等各类测试，尤其是寿命测试，甚至需要半年以上才算一次完整的测试周期。

 

通过机构认证并不意味结束，在产品量产时，还需要对每颗芯片进行测试。比如，纳芯微的每颗隔离器在出厂时都通过了高压测试，并且每季度还要进行批次性抽样测试。以完整的测试流程确保了隔离器件的安全可靠。

 

 

写在最后

Datasheet后半部分基本就是芯片的具体引脚布局图，特性指标，细节介绍，详细实测结果，应用指南，封装尺寸图，认证指南等等，为工程师在不同阶段的系统设计提供参考。

 

由于隔离器件并不属于主芯片，因此使用过程中需要特别注意的事项不多，如果是主处理器等产品，Datasheet可能会有数百页之多。但隔离牵扯到至关重要的安全，因此还是需要工程师仔细完整的阅读所有相关信息。

 

从分析纳芯微的Datasheet中，我们不光了解到数字隔离器的关键参数在选型中的作用，也包括安全标准介绍等基础知识，更是明显看到纳芯微乃至国产器件的进步，这一方面来自纳芯微对于研发的不断投入，也得益于其一直凭借贴近应用、贴近市场的方法论进行产品开发。

 

总而言之，想要用好一款产品或技术，首先需要的是了解他，而了解的最好方式就是阅读Datasheet。

 

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