電容式電氣隔離與光耦合器技術(shù)對(duì)比 — 誰(shuí)是贏家?
德州儀器 的電容式電流隔離技術(shù)在很多方面與光耦合器隔離技術(shù)不同,其中最突出的當(dāng)屬隔離實(shí)施。首先,我們來(lái)確定一下我們是否理解“隔離”的真正含義。隔離從本質(zhì)上講是一種保護(hù)形勢(shì),允許兩點(diǎn)間的通信,但阻止電流在各點(diǎn)間直接流動(dòng)。
工作原理
在基于光耦合器的技術(shù)中,使用 LED 將信號(hào)信息傳輸給接收器,再由接收器將消息發(fā)送給電路的其余部分(可以想象成使用手電筒發(fā)送摩斯代碼)。其隔離層源自 LED 與鑄?;衔锖穸鹊慕Y(jié)合。因此從本質(zhì)上講,其隔離與構(gòu)成其封裝的組件相關(guān)。在 德州儀器的電容式技術(shù)中,信號(hào)信息以通過(guò)一系列蝕刻在硅芯片上的電路為基礎(chǔ)。中間是二氧化硅構(gòu)成的電容器,可通過(guò)利用邊緣檢測(cè)方案阻隔直接電流流動(dòng)(可以想象成敲擊墻壁傳送摩斯代碼)。
要了解所有不同點(diǎn),毫不夸張地說(shuō)可能需要滿滿一學(xué)期的大學(xué)課程,不過(guò)我們只討論幾個(gè)主要方面:部件間變化、絕緣厚度以及質(zhì)量與可靠性。
部件間變化
變化是絕對(duì)的,但變化的粒度是相對(duì)的。德州儀器的隔離技術(shù)是一種二氧化硅電容器,以微米級(jí)工藝創(chuàng)建,部件間的變化會(huì)有,但極其微小。另一方面,光耦合器的隔離在封裝層面上實(shí)現(xiàn),其更像毫米級(jí)。該裝配工藝變化和誤差在該級(jí)別下自然較大。可以想象一下,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)變化和噪聲可能相似,而且與基本規(guī)范相比較小,但將光產(chǎn)品與電容式產(chǎn)品相比,您會(huì)看到這兩種技術(shù)天壤之別的差異,因而其最根本的 DNA 也極為不同。
隔離層厚度 (DTI)
裝配差異決定了光耦合器比 德州儀器 隔離器件大,這是所用材料屬性的結(jié)果。隔離層厚度 (DTI) 是常用的衡量標(biāo)準(zhǔn),相當(dāng)于隔離層強(qiáng)度。在隔離實(shí)例中,與隔離強(qiáng)度有關(guān)的真正衡量指標(biāo)是每微米電壓擊穿,而非純厚度。我們來(lái)比較一下硅/PI/鑄模化合物(用于光耦合器)與二氧化硅(用于德州儀器 電容式隔離)的額定參數(shù):
上表清楚表明,更大并不意味著隔離性能更強(qiáng)。
質(zhì)量與可靠性
可制造性與裝配也會(huì)導(dǎo)致故障率。在查看光耦合器和德州儀器隔離器的故障時(shí)間 (FIT) 公開(kāi)數(shù)據(jù)時(shí),您會(huì)發(fā)現(xiàn)可靠性數(shù)據(jù)存在數(shù)量級(jí)的差異。故障時(shí)間實(shí)際是指:給定器件樣片集在給定時(shí)間內(nèi)以相同條件工作,會(huì)因損耗而出現(xiàn)多少次故障。
德州儀器隔離器又一次成為絕對(duì)的獲勝產(chǎn)品,在 10 億器件數(shù)小時(shí)工作過(guò)程中沒(méi)出現(xiàn)一次完全故障,而相同的工作時(shí)間內(nèi)光耦合器的故障次數(shù)則多達(dá) 369 次。產(chǎn)品離開(kāi)裝配及測(cè)試車間,到達(dá)客戶門口后,依然也需要對(duì)最終器件進(jìn)行故障產(chǎn)品挑選,挑選出具有裝配問(wèn)題或者未達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。