ADI院士談iCoupler和isoPower的優(yōu)勢(shì)和研發(fā)挑戰(zhàn)

胡夢(mèng)蝶 王金旺 毛爍

ADI公司的iCoupler和isoPower廣泛用于工業(yè)、汽車(chē)和醫(yī)療等領(lǐng)域，迄今已交付超過(guò)2 5億個(gè)隔離通道。這兩項(xiàng)技術(shù)/產(chǎn)品為何如此成功？研發(fā)方面遇到了哪些挑戰(zhàn)？近日，《電子產(chǎn)品世界》記者采訪了一直致力于領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)展這兩項(xiàng)核心產(chǎn)品研發(fā)工作的首席技術(shù)官陳寶興院士。

據(jù)悉，iCoupler是磁隔離技術(shù)，基于iCoupler磁隔離技術(shù)的數(shù)字隔離器是“磁耦”，為信號(hào)隔離領(lǐng)域帶來(lái)了重大進(jìn)步，代替了速度慢、功耗高且隨時(shí)間推移性能下降的光耦。在iCoupler上市數(shù)年后，isoPower問(wèn)世，特點(diǎn)是芯片級(jí)的DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，可以整合到ADI的信號(hào)隔離產(chǎn)品中，用來(lái)驅(qū)動(dòng)iCoupler磁耦數(shù)據(jù)通道的副邊，以及為片外負(fù)載供電。

小型化、低輻射

問(wèn)：isoPower和iCoupler用在哪些場(chǎng)合？

答：isoPower廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、能源傳輸和轉(zhuǎn)換、新能源、汽車(chē)等領(lǐng)域。采用isoPower和iCoupler相結(jié)合的隔離電源芯片，在提供隔離電源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)通訊隔離，不同的隔離數(shù)字通道配置可以實(shí)現(xiàn)SPI、UART、12C等通訊接口的隔離。為客戶產(chǎn)品的小型化，縮短設(shè)計(jì)周期，減少采購(gòu)成本等方面提供價(jià)值。

例如，在工業(yè)PLC（可編程控制器）中需要設(shè)計(jì)多通道溫度測(cè)量系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)通道之間的隔離，傳統(tǒng)的隔離電源設(shè)計(jì)會(huì)使用占用較大空間的變壓器，而通道間的隔離使得傳統(tǒng)方案占用空間的缺點(diǎn)愈加突出。若采用isoPower技術(shù)，僅用一顆集成了數(shù)字隔離通道的isoPower芯片就可以完全實(shí)現(xiàn)前端ADC供電隔離和SPI通訊隔離，這大大節(jié)省了PCB（印制板）面積，減少了物料數(shù)量。圖1是16通道路路隔離的溫度測(cè)量單元，可見(jiàn)采用了ADI技術(shù)之后，每一路只有兩顆芯片和少量被動(dòng)元件。

問(wèn)：二者在安全性方面有怎樣的技術(shù)考量和表現(xiàn)？

答：iCoupler和isoPower已用于高安全性的工業(yè)、汽車(chē)和醫(yī)療應(yīng)用，交付超過(guò)25億個(gè)隔離通道。這些片內(nèi)變壓器的隔離依賴于堆疊初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的厚（大于20μ m）聚酰亞胺層。晶圓級(jí)工藝聚酰亞胺層提供超高均勻性以及出色的介電強(qiáng)度和ESD（靜電釋放）性能。isoPower產(chǎn)品可提供增強(qiáng)的隔離性能，其抗浪涌能力大于10kV，并具備5 kVrms Imin UL額定值。

問(wèn)：相比競(jìng)品，isoPower的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪里？

答：小型化和低輻射是isoPower的兩大突出優(yōu)勢(shì)。我們已經(jīng)推出了業(yè)界最小的低輻射隔離電源芯片ADuM5028。此外，芯片級(jí)隔離電源比模塊化隔離電源帶來(lái)了更高的可靠性和一致性。

研發(fā)的關(guān)鍵是EMl和轉(zhuǎn)換效率

問(wèn)：isoPower技術(shù)在研發(fā)過(guò)程中遇到過(guò)怎樣的阻礙或瓶頸，未來(lái)的發(fā)展方向如何？

答：isoPower提供頗具吸引力的集成優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，上市時(shí)間快，無(wú)需分立式開(kāi)關(guān)、二極管或隔離變壓器。但是，片內(nèi)變壓器具有低電感和高電阻，因此需要在超高頻下切換。通常，在大約200 MHz的頻率下切換會(huì)帶來(lái)重大的EMI和效率挑戰(zhàn)。我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要深入了解EMI測(cè)量、EMI模擬方法，并構(gòu)思出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將EMI減少20dB以上，且不會(huì)影響效率。最新的低EMI isoPower產(chǎn)品為客戶顯著簡(jiǎn)化了PCB板設(shè)計(jì)。

但是，隨著越來(lái)越多的客戶要求更加緊湊的隔離集成，對(duì)于熱力受限的設(shè)計(jì)而言，效率變得更加重要。我們正在努力改進(jìn)變壓器，希望提高電感、降低電阻，從而實(shí)現(xiàn)在較低頻率下切換變壓器。這將進(jìn)一步降低EMI并提高效率。

問(wèn)：采用isoPower技術(shù)后，可否省去額外的EMI抑制電路？

答：為了滿足EN55022 ClassB的輻射要求，新的isoPower芯片只需要在副邊選用兩顆低成本鐵氧體磁珠來(lái)阻斷副邊電源上的高頻共模電流，不再需要縫合電容或安規(guī)跨接電容。