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隔离器芯片（Isolator Chip），也称为数字隔离器（Digital Isolator）。

一、隔离器芯片原理

隔离器芯片的核心目的是在两个电气系统之间提供电气隔离，同时允许数字信号或数据（有时甚至是电源）穿越这个隔离屏障。隔离意味着两侧电路没有直接的电气连接（没有共用的地线或电源），从而防止危险的电压、电流浪涌、地线环路干扰或噪声从一侧传递到另一侧，保护人员和设备安全，并确保信号的完整性。

实现隔离的关键在于利用非导电的介质来传递信息。 主流技术有三种：

1、电容隔离 (Capacitive Isolation):

原理： 使用一对匹配的高压电容（通常由二氧化硅构成）嵌入在隔离层（如二氧化硅或聚酰亚胺）中。

信号传输： 发送端通过调制高频载波（如开关键控）将数字信号加载到电容的一个极板上。变化的电场通过隔离介质耦合到接收端的电容极板上。接收端电路解调这个高频信号，恢复出原始的数字信号。

特点： 速度高、功耗相对较低、集成度高、寿命长、抗磁干扰能力强。是目前最主流的技术。

2、磁隔离 (Magnetic / Inductive Isolation):

原理： 使用微型变压器（线圈）嵌入在隔离层中。

信号传输： 发送端的电流变化在变压器初级线圈产生变化的磁场。磁场通过隔离介质（通常是聚酰亚胺或类似材料）耦合到次级线圈，产生感应电流/电压，接收端电路将其解调为数字信号。通常也使用高频载波调制技术。

特点： 速度高、功耗较低、抗电场干扰能力强。也非常主流。

3、光隔离 (Optical Isolation):

原理： 这是传统光耦的技术，但在单片隔离器芯片中也被集成。包含一个发光二极管和一个光电探测器（如光电二极管或光电晶体管），它们之间是透光的绝缘隔离材料。

信号传输： 发送端的电信号驱动LED发光，光线穿过隔离层照射到光电探测器上，将其转换为电信号。

特点： 技术成熟，隔离电压高。但在单片集成芯片中，相比电容/磁隔离，通常速度较慢、功耗较高、LED有老化问题、集成度相对较低。现在更多用于特殊高压或模拟隔离场合，数字领域被电容/磁隔离大量取代。

4、共同特点：

（1）、隔离屏障： 三种技术都依赖物理绝缘层（SiO2, Polyimide等）提供高电压隔离。

（2）、调制解调： 电容和磁隔离普遍采用高频载波调制技术（如OOK, PWM）来高效可靠地传递数字信号，克服了传统光耦LED开关速度慢的缺点。

（3）、集成化： 现代隔离器芯片将发送器、接收器、隔离介质、甚至电源转换器（DC-DC隔离）都集成在一个小型封装（如SOIC, SOIW）内，大大简化了设计。

（4）、高性能： 提供高数据传输速率、低传输延迟、高共模瞬态抗扰度、宽工作温度范围等。

二、隔离器芯片的运用

隔离器芯片的应用极其广泛，主要集中在需要安全隔离、电平转换或消除噪声干扰的场合：

1、工业自动化和控制：

PLC输入/输出模块隔离。

电机驱动（变频器）中控制信号与高功率IGBT/MOSFET栅极驱动电路之间的隔离（防止高压击穿损坏控制器）。

传感器接口隔离（消除地线环路噪声）。

现场总线通信隔离（RS-485, CAN, Profibus等）。

2、电源管理：

开关电源中初级侧（高压）与次级侧（低压）之间的反馈信号隔离（如光耦的替代）。

隔离式DC-DC转换器中的控制信号隔离。

太阳能逆变器、UPS中的信号隔离。

3、医疗电子：

病人监护设备（心电图ECG、血压计等）中，将接触病人的部分（应用部分）与主设备及市电网络隔离，确保病人安全（符合医疗安规如IEC 60601-1）。

医疗成像设备内部不同子系统间的隔离。

4、汽车电子：

电动汽车/混合动力汽车中高压电池管理系统与低压控制单元之间的通信隔离（CAN FD, SPC）。

车载充电器信号隔离。

电机控制器隔离。

符合汽车安全标准（ISO 26262）的功能安全应用。

5、通信设备：

基站电源隔离。

网络设备（路由器、交换机）接口隔离（如以太网PHY隔离）。

隔离SPI, I2C, UART等接口。

6、测试与测量设备：

示波器、数据采集卡等前端输入通道隔离，防止被测设备损坏测试仪器，并提高测量精度（消除共模噪声）。

高精度仪器仪表内部敏感电路隔离。

消费电子 (特定应用)：

带USB接口的智能家电或充电器，有时需要隔离以满足安全标准或防止噪声。

某些需要高可靠性的智能家居设备。

7、可再生能源：

太阳能逆变器内部的信号隔离（MPPT控制器与功率级之间，通信接口）。

三、主要品牌（制造商）

隔离器芯片市场由几家大型半导体公司主导，它们提供广泛的产品线和领先的技术：

1、Analog Devices：

技术： 同时拥有领先的电容隔离（iCoupler®）和磁隔离（isoPower®）技术，尤其在集成隔离电源方面很强。

特点： 产品线非常丰富，性能顶尖（高速度、高CMTI、高可靠性），广泛用于工业、汽车、医疗等高要求领域。代表系列：ADuMxxxx (数字隔离器), ADuM5xxx (隔离电源+信号)。

2、Texas Instruments：

技术： 主要采用电容隔离技术（SiO2电容屏障）。

特点： 产品线同样非常广泛，性价比高，市场占有率很大。提供从基础隔离器到集成电源、功能安全认证的高端产品。代表系列：ISO70xx, ISO67xx (基础数字隔离器), ISOW77xx (集成DC-DC隔离电源)。

3、Silicon Labs：

技术： 主要采用专利的电容隔离技术（CMOS工艺）。

特点： 以低功耗、高集成度、小尺寸著称，尤其在需要低功耗的IoT、便携设备应用中受欢迎。代表系列：Si86xx (数字隔离器)。

4、Infineon：

技术： 提供电容隔离产品（收购Cypress后获得）。

特点： 在汽车电子和工业功率控制领域实力强大，提供符合车规级（AEC-Q100）的产品。代表系列：ISOFACE™ (数字隔离器)。

5、NXP Semiconductors：

技术： 主要提供磁隔离产品。

特点： 在汽车CAN/LIN总线隔离等领域应用广泛。代表系列：MCU集成隔离或独立隔离器。

6、ROHM Semiconductor：

技术： 提供光耦兼容的容隔离产品。

特点： 强调作为传统光耦的“Pin-Pin”兼容替代品，方便设计替换升级。代表系列：BD7x系列。

7、Broadcom (Avago):

技术： 传统上是光耦市场的绝对领导者，现在也提供基于其光耦技术的单片集成数字隔离器（但市场主流已被电容/磁隔离占据）。

特点： 在高隔离电压、特定应用（如门极驱动光耦）仍有优势。代表系列：ACPL系列（光耦）， ACNT系列（数字隔离器）。

8、Vishay：

技术： 传统光耦大厂，也提供一些数字隔离器产品。

9、国产厂商 (崛起中)：

纳芯微电子：国内领先的隔离芯片供应商，产品线覆盖数字隔离器、隔离驱动、隔离采样、隔离接口等，技术实力强，应用广泛。

川土微电子：提供数字隔离器、隔离驱动等产品。

荣湃半导体：专注于电容隔离技术。

思瑞浦：提供隔离器等产品。

这些国产厂商在技术、性能和可靠性上进步迅速，性价比高，在国内市场占有率不断提升，并逐渐进入国际市场。

四、选择要点

选择隔离器芯片时需要考虑的关键参数和应用因素包括：

1、隔离耐压： 工作电压、耐受电压、浪涌电压（如VISO, VIOWM, VIOTM, VIOSM），需满足系统安全标准（如IEC 61010-1, IEC 60601-1, UL等）。

2、数据速率/传输延迟： 根据通信协议（如SPI, CAN FD, USB）要求选择足够速度的器件。

3、通道数和方向： 需要多少路隔离通道？方向是单向还是双向？

4、共模瞬态抗扰度： 抵抗隔离屏障两侧快速电压变化（dV/dt）干扰的能力，越高越好（单位kV/µs）。

5、功耗： 尤其对电池供电设备很重要。

6、工作温度范围： 工业级（-40°C to +105/125°C）或汽车级（-40°C to +125/150°C）。

7、集成功能： 是否需要集成隔离电源？是否需要集成其他功能（如ADC、驱动器）？

8、安全认证： 是否通过VDE, UL, CSA, CQC等机构的安全认证？是否需要功能安全认证（如ISO 26262）？

9、封装： 尺寸和爬电距离/电气间隙要求。

10、成本： 在满足要求的前提下考虑。

五、总结

隔离器芯片是现代电子系统中保障安全、提升可靠性和信号完整性的关键元器件。电容隔离和磁隔离技术凭借其高性能、高集成度和长寿命已成为市场主流，广泛应用于工业、汽车、医疗、能源、通信等领域。国际大厂如ADI、TI、Silicon Labs等占据主导地位，但以纳芯微为代表的国产厂商正在快速崛起。工程师在选择时需综合考虑隔离性能、速度、功耗、集成度、安全认证和成本等因素。