光耦合器是一种信号隔离方法，得到了长期应用。光耦合器主要由三个功能部分组成，一、将电信号转换成红外光信号的发光LED；二、接收部分，包括光电晶体管或PIN二极管以及放大缓冲电路；三、封装，封装的作用一方面将输入和输出隔离，另一方面可将光信号从二极管传递给接收器。光耦合器的局限性在于不易与其它电路集成，接收器管芯通常用非标准工艺制造，以优化硅的光学特性，妨碍了其它功能的集成。此外发光LED有衰退现象，发光强度也会随温度变化。光耦合器的速度可以达到50Mbps，但是高速光耦合器的价格昂贵。

图1 isoPower技术结构与特性（略）

iCoupler隔离技术与脉冲变压器的隔离原理类似，不同点是iCoupler采用了开铁芯平面变压器，两个线圈之间使用20um的聚酰亚氨作为绝缘材料，而不像光耦合器中采用环氧树脂封装进行隔离。其驱动电路检查输入信号的逻辑跳变，检测到上升沿时产生双脉冲，下降沿则产 生单脉冲，脉冲信号通过变压器耦合到输出端，解码器进行解码后恢复出数字波形。需要注意的是直流校正电路带有直流刷新检测电路，在没有任何跳变脉冲时则周期性输出高电平或低电平信号。此外，在输出端有监视定时器，当输入端没有数据或刷新操作时，则将光耦合器置为默认状态。

图2 各种通信总线的优缺点比较（略）

图3 采用光耦合器的解决方案（略）

iCoupler的输入和输出都是标准的CMOS电路，变压器可以直接放在输入或输出管芯上，这些管芯安装在分开的焊盘引脚架构上，焊线和封 装与其它芯片类似。iCoupler采用的是标准IC制造工艺，因此可以集成其它功能，目前的最高速度是100Mbps。另外，iCoupler技术也可用于电源隔离。

图4 采用iCoupler技术的解决方案（略）

图5 采用iCoupler技术的RS485系统（略）

图6 采用iCoupler技术的无端负载RS485（略）

目前，ADI公司的iCoupler产品包括具有单、双和四通道的标准系列、ESD增强型系列、高隔离系列以及默认输出可配置的器件。除标准的逻辑电平输出外，提供了高电压的逻辑门驱动，最高电源电压高达18V，峰值电流可达100mA。

标准耦合器

所有的多通道器件都具有各种通道方向组合功能，提供两类封装形式：用于单、双通道的SO8封装，以及三、四通道采用的SOP16封装，最高可提供5kV的隔离级别。其最高工作温度可达125℃。采用2.7到5.5V的电源电压供电，具有DC校正功能。

隔离的DC-DC转换器isoPower技术

ADuM524x是ADI发布的首款采用isoPower技术的器件，目前转换电压及转换效率较低，但未来会有所提高。它的数据通道与标准系列相同，但是它集成了另外一个变压器，以支持DC-DC转换器电路。

数据总线隔离技术

之所以采用隔离技术，一方面是为了保证人身安全，另一方面也是为了提高系统的性能以及可靠性和稳定性。对于外部总线来说主要考虑接地回路、接地电势差和容错能力。而内部总线主要考虑模块之间的通信和噪声隔离，这两类的隔离方法互不相同。
外部总线需要完成的功能是驱动长电缆传输信号，这些线路通常是阻抗匹配的。同时，完成信号传输中的噪声控制，使总线具有抗冲击性和较好的容错能力。隔离的措施包括阻断接地环路、提供故障容错能力等，防止线路电势差损坏设备，或对人带来伤害。

图7 多外从设备的隔离方案（略）


外部总线应用

这些通信方式虽然具有不同的特点和应用优势，但它们都包含以下共同点：首先都是通过专用收发器传输，其次数据信号都是采用标准的逻辑电平，最后隔离器的输出端以及收发器都必须从隔离的电源中汲取功率。

RS232总线采用高电压单端信号保持信号的数据完整性，多数收发器的工作电压为3.3V到5V，收发器内部使用电荷泵产生需要的电压，根据需要通信线可以是2到7条，RS232通信速度高达115kbps。虽然收发器的高阻抗输入使其无需大电流，但是由于电缆电容的存在使其不能用于远距离的信号传输。

光耦合器方案需要占用大面积的PCB，比较昂贵。iCoupler技术的解决方案要简单的多，它无需额外的芯片来与CPU的数据I/O进行兼容，也无需LED驱动器。ADuM5242提供完整的10mA电流解决方案，唯一的外部器件是旁路电容，其收发器本身可以根据需要灵活选择。

图8 多个公用从设备的隔离方案（略）

RS485采用差分信号传输，可驱动100~120Ω终端高速匹配电缆，可提供点对点的全双工通信，支持半双工多节点网络，通过提高功率可以支持更远距离，对于终接电缆需要有分立器件的DC-DC转换器或商用电源提供高达500mW的功率，它们要么设计复杂要么成本高昂。

采用iCoupler技术的RS485系统则采用了电源模块简化设计，ADuM1201可以以5Mbps的速率工作，在合适的收发器支持下可以达到很高的通信速率。但采用电源模块将增加系统成本，未来isoPower技术将有望降低成本和芯片尺寸。

对于没有端接负载的RS485通信系统可以使用现有的isoPower器件，如ADuM5241，可以采用具有压摆率限制的收发器补偿无端接的缺陷，前提是允许速率的损失。这种方案的优点是紧凑、低成本以及高效率。

另外一种方案是采用集成iCoupler技术的收发器，它的速度高达16Mbps。
现场总线是RS485的工业版本，在物理层相当于端接负载的RS485总线，但是制造商对通信协议进行了标准化，以实现实时的确定性控制，多数总线需要通过通信电缆为收发器甚至节点提供功率。

ADuM1301/1401的C级产品符合90Mbps的通信速率要求，它们符合几乎所有通信协议的时序规范，不会随时间、速度和温度的变化而令性能恶化。可替代体积巨大、成本昂贵的光耦合器。

现有的iCoupler产品可支持100Mbps的USB2.0通信。处理器与SIE部件通常采用I 2 C或SPI总线，现有的iCoupler产品可以满足这种总线的隔离需求。为了充分利用USB的通信速度，且iCoupler器件可对接口提供极佳的匹配时序，因此也可对收发器进行隔离。前者的通信速率由串行接口的选择决定，后者可以提供低速和全速模式的支持，但不支持高速模式。

内部通信总线

在 电子系统内部，需要对某些信号线进行隔离，以保证使用尽量少的数据线的同时具有较高的接口灵活性。

SPI总线提供全双工通信，具有一个主设备和多个从设备，每个从设备具有专用的片选信号。SPI最高通信速率是从设备与主设备之间延迟的四倍，使用ADuM1401的理论极限速度是20Mbps。

I 2 C总线由于结构简单，应用普遍 ，但是也为隔离带来了很大的困难。这主要是由于I 2 C的数据线是双向的，而普通隔离器都是单向的。仅用两个背靠背的隔离器件可能会发生不可复位的锁死，使用二极管防止锁死，又会使信号产生毛刺。最佳的解决方案是采用可以检测是由自身驱动还是外部驱动的缓存器防止锁死，ADI公司的ADuM1250就是基于这种方案设计的I 2 C隔离器件。

总之，iCoupler技术与传统的光耦合隔离技术相比可以降低成本和尺寸，减少工程设计量。

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http://seminar.eccn.com/070515/jchf_adi.asp

问答选编

问： ADuM5242的输出能力不足时，如何通过外接器件来提高输出电流?

答：如果是数字输出能力，可以添加一级缓冲；如果是电源驱动能力，则没有方法可以提高它的输出电流。

问：光耦合器件对速度是否存在影响？

答：光耦合器件提供速度级区别，如果需要高速的数据转换，只能选择高速光耦。

问：磁偶合隔离是否需要另外供电？

答：需外的隔离电源供电。但ADuM524x已不需 要，它有内置的隔离电源。

问：ADuM5241可否用于CAN总线的电源及数据隔离？

答：A DuM5241用于CAN的隔离是在CAN的控制器与 收发器之间，但ADuM5241的隔离电源的驱动能力可能不够。另外，可能还需要注意每个通道的传播 延迟是否符合要 求。参见应用笔记AN770，它 具体 介绍了CAN总线隔离的方法和注意事项。

问：一般对于2.5kV隔离器件是否也要求至少6mm的爬电距离？

答：ADI的芯片本身，已根据不同的隔离等级，考虑到了安全距离，因此通常没有类似的要求。

问：iCoupler器件允许隔离的距离有多远?是否会对信号完整性有所影响?

答：一般传输距离主要跟传输线本身的负载特性有关系 ，如果容性太大，就相当于一个低通滤波器，高频 信 号就会被衰减。所以传输距离主要与负载、传输 线 以及iCoupler器件的驱动能力有关。iCoupler的 驱动电流不大，如果需要较强的驱动能力，还需要 接驱动器，但是一般情况下是不需要的。

问：一般来说，变压器会引起延迟和尖峰，ADI的iCoupler器件在这方面的性能如何?

答：内部变压器的确会引起延迟，iCoupler内部的延迟大约为十几个ns，不太会引起尖峰。

问：关 于RS485的光耦隔离，应该在MCU与485芯片之间隔离，还是在485与通信端口之间隔离？

答：是在MCU与485收发器之间进行隔离，ADI具有集成隔离器的485收发器，它的型号是ADM2483系列。

问：光耦有驱动电流的要求，本身可以起到电流型驱动的抗干扰作用，iCoupler似乎 是电压型输入，如何取 得 优于光耦的抗干扰性能 ？

答：i Coupler是CMOS工艺的，比较适合数字信号的隔离传输。在抗干扰方面的确不如光耦，所以不建议 把iCoupler放在系统的最前端。

问 ：iCoupler技术能隔离哪些信号?信号频率可达多高?

答：我们有不同等级的芯片，最高可以达到100Mbps。它主要用来隔离数字信号。

问：ADI的磁耦合内部的编码器采用输入型号边沿触发，那么它的触发电平大约是什么范围？

答：对于使用者来说，它的接口是CMOS/TTL兼容的， 具体指标可以参看数据手册。

问：请问磁耦合是否需要特别的防护措施？

答：一般的工业应用都不需要，因为iCoupler器件对外 的辐射以及受外界的干扰很小。