使用数字隔离器应对 EMC 挑战

许多应用需要在各种传感器和中央控制器之间进行通信以进行处理和分析。为了保持用户界面的安全要求并防止瞬变从各种来源耦合，几乎总是需要电流隔离。这些系统的示例是需要在恶劣的工业环境中运行的精密机械臂，或者需要在除颤期间运行的弧焊机或病人监护仪。其他相关应用包括电机和电源控制、仪器仪表、工业自动化和医疗保健。

图 1：电磁兼容性 (EMC) 的类型。

在欧盟销售产品通常需要 CE 标志，在美国销售产品需要 FCC 分类。要获得这些认证，必须对系统执行电磁兼容性 (EMC) 测试套件。  

把控制 EMC 看作是一个好邻居——不要制造太多噪音，并且在邻居制造噪音时要宽容。这可以在图 1中看到，其中 EMC 分为抗扰度和辐射。发射可以进一步分为传导发射和辐射发射。免疫有相同的两个版本，加上瞬态免疫和容错。

每个类别都有自己的系统标准，需要合规才能获得 CE 标志或 FCC 分类，如图2 所示。在工业和医疗系统环境中，传导和辐射发射通常必须符合 EN55011、EN55022 或 FCC 第 15 部分。传导抗扰度必须符合 IEC61000-4-6，辐射抗扰度必须符合 IEC61000-4-3。瞬变可分为三类：符合 IEC61000-4-2 标准的 ESD（静电放电）、符合 IEC61000-4-4 标准的 EFT（电快速瞬变）和符合 IEC61000-4-5 标准的浪涌。

图 2：EMC 类别和标准。

在设计系统后解决 EMC 问题可能是一项挑战，因为您的设计越深入，可用的技术就越少。在项目开始时针对 EMC 进行设计对于最大限度地减少电路板迭代所花费的时间以及减少设计时间和项目成本至关重要。  

使用数字隔离器可以非常有效地应对 EMC 瞬态威胁，因为电流隔离允许数据流动，同时阻止电流流动。同时，数字隔离器应遵守睦邻规则，不得引入噪声扰乱其相邻元件。可以使用跨越隔离栅的不同耦合元件来实现电流隔离。传统上，使用光学方法，但这些已被证明是耗电的，并且由于发光源而具有有限的寿命。数字隔离器可以使用电感或电容耦合方法与绝缘材料（如聚酰亚胺和 SiO2）实现，并具有更长的使用寿命和更低的功耗。  

考虑大量可用数字隔离器中的两个示例：Analog Devices 的 ADuM1xx 和 ADuM2xx。这些器件使用单片空芯变压器技术在隔离栅上实现电感耦合，并已被证明对大瞬态威胁具有鲁棒性。这些设备的许多版本包括具有一到五个通道和双向通道的设备。

这些器件可以通过所需的辐射发射标准，同时以 DC 至 150 MHz 的速率运行，并且具有低至 10 ns 的传播延迟。它们提供高达 16 kVpk 的浪涌瞬变抗扰度和 100 kV/µs 的共模瞬变抗扰度。电源电压范围为 1.7 至 5.5 V。静态电源电流低至 2.2 mA，总动态电流为 0.03 mA/Mbits/s。封装小至 8 引脚 SOIC，价格低至 0.88 美元/1,000 片。

审核编辑 黄昊宇