3 什么是光耦仿真器？

德州儀器 (TI) 的光耦仿真器融合了傳統(tǒng)光耦合器的行為和 TI 基于 SiO₂ 的隔離技術(shù)。如圖 3-1 所示，光耦仿真器與業(yè)內(nèi)最常見的光耦合器引腳對(duì)引腳兼容，有助于無縫集成到現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，同時(shí)提供相同的輸入和輸出信號(hào)行為。

圖 3-1 是 TI 光耦仿真器的橫截面圖，其中展示了包含輸入、隔離和輸出電路的三個(gè)裸片。

表 3-1 比較了光耦合器中通常使用的各種不同絕緣材料與 TI 光耦仿真器中所用的 SiO₂ 的介電強(qiáng)度。光耦仿真器具有更出色的高電壓能力，因此非常適合需要穩(wěn)健隔離的應(yīng)用。TI 的光耦仿真器采用 SiO₂ 作為絕緣柵，其介電強(qiáng)度遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上許多光耦合器中使用的空氣和材料。要詳細(xì)了解 TI SiO₂ 技術(shù)及其可靠性，請(qǐng)參閱利用可靠且性價(jià)比高的隔離技術(shù)應(yīng)對(duì)高壓設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

TI 的光耦仿真器在輸入引腳上復(fù)制 LED 的行為，因此輸入電路的信號(hào)傳輸和電氣參數(shù)與光耦合器類似。但是，光耦仿真器內(nèi)部沒有實(shí)際的 LED，這帶來了以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1. 由于光耦仿真器內(nèi)部沒有用于信號(hào)傳輸?shù)?LED，也沒有會(huì)隨時(shí)間的推移而變得渾濁或變黃的透明絕緣材料，因此使用 TI 的光耦仿真器時(shí)，不需要額外的功率來像光耦合器那樣在其整個(gè)使用壽命內(nèi)補(bǔ)償這種性能下降。由于光耦仿真器不使用 LED 傳輸信號(hào)，因此這種過裕度設(shè)計(jì)做法并不適用。TI 光耦仿真器的信號(hào)傳輸、功耗和其他運(yùn)行參數(shù)都是針對(duì)其整個(gè)使用壽命指定的，并且已經(jīng)考慮了工藝、電壓和溫度變化。
2. ISOM871x 系列器件是 TI 的首款高速光耦仿真器，以現(xiàn)有的數(shù)字隔離器技術(shù)為基礎(chǔ)，具有 125kV/μs 的最低 CMTI 規(guī)格，比一些傳統(tǒng)的光耦合器超過了 100kV/μs！因此，光耦仿真器可用于具有超高共模開關(guān)噪聲或高振鈴幅度的應(yīng)用，而傳統(tǒng)的光耦合器無法用于這些應(yīng)用。
3. 在隔離式電源的反饋控制環(huán)路等典型應(yīng)用中，光耦合器的 CTR 變化會(huì)影響電源反饋環(huán)路響應(yīng)，使反饋環(huán)路設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，并且由于需要考慮提供適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，因此給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了挑戰(zhàn)。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器標(biāo)配各種窄 CTR 范圍，在整個(gè)壽命和溫度范圍內(nèi)具有更高的穩(wěn)定性。
4. 典型的高速光耦合器支持 100kbps 至 1Mbps 的數(shù)據(jù)速率，而 ISOM8710 和 ISOM8711 能夠以高達(dá) 25Mbps 的速率跨隔離柵傳輸數(shù)據(jù)。這可以實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量并在更多的高速應(yīng)用中使用。
5. 許多光耦合器只能在高達(dá) +85°C 的溫度下工作。TI ISOM871x 系列器件的額定工作溫度范圍為 ?40°C 至 +125°C，這意味著其數(shù)據(jù)表規(guī)格參數(shù)涵蓋許多高速光耦合器不適用的條件。TI 的 ISOM811x 系列光耦仿真器支持 –55°C 至 +125°C 的擴(kuò)展工作溫度范圍。

TI 的光耦仿真器與其數(shù)字隔離器非常相似，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。光耦仿真器中的仿真 是指通過使用 TI 的隔離技術(shù)來隔離信號(hào)，同時(shí)重新創(chuàng)建像光耦合器一樣運(yùn)行的輸入和輸出結(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)光耦合器使用 LED 作為輸入級(jí)。當(dāng)輸入端使二極管導(dǎo)通時(shí)，這些 LED 會(huì)隨著輸入正向電流的增加而變亮。LED 發(fā)出的光通過空氣或環(huán)氧樹脂間隙照射到封裝內(nèi)部的光晶體管上，然后光晶體管在輸出側(cè)灌入電流。這是光耦合器的核心操作，其中隔離柵是指 LED 和光晶體管之間的空氣間隙或環(huán)氧樹脂間隙，并且可以在輸入或輸出周圍設(shè)計(jì)額外的電路，以創(chuàng)建交流輸入或邏輯、TRIAC 或柵極驅(qū)動(dòng)器輸出。

在光耦仿真器中，輸入信號(hào)使用開關(guān)鍵控 (OOK) 調(diào)制方案通過隔離柵進(jìn)行傳輸。發(fā)送器通過隔離柵發(fā)送高頻載波來表示一種數(shù)字狀態(tài)，而不發(fā)送信號(hào)則表示另一種數(shù)字狀態(tài)。模擬光耦仿真器中的信號(hào)傳輸功能與這類似，接收器在高級(jí)信號(hào)調(diào)節(jié)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并通過輸出級(jí)產(chǎn)生信號(hào)。OOK 調(diào)制方案的概念如圖 3-3 中的波形所示。