揭秘如何实现高质量又可靠的高压信号隔离

电路隔离也称为电流隔离，可防止直流 （DC） 和干扰交流 （AC）信号从系统的一个区域传递到需要保护的另一区域。

隔离的其中一个用途是，通过防止高频噪声的传播来保持系统的信号完整性，保护敏感电路受高压浪涌和尖峰的影响，并为操作人员提供安全保障。

简介

德州仪器 （TI） 最新开发的制造工艺可在电容电路中提供增强的信号隔离，该电容电路使用二氧化硅（SiO2）（一种基本的片上绝缘）作为电介质。该工艺是 TI 用于保护高压、高频信号传递、基于电容器的第二代集成增强型隔离技术。采用这种工艺生产的产品性能可靠，具有防震保护和增强型隔离性，这相当于在单个装中提供了两个基本型级别的隔离。

本技术简介详细讨论了 TI 基于电容器的增强型信号隔离。该简介运用大量的器件表征和测试数据来展示该工艺和相关器件是如何达到或超出增强型隔离的规范。

1.实现高压隔离

高压 （HV） 隔离可通过使用两个（在隔离栅的每侧各使用一个）串联的厚 SiO2 电容器实现。

高压电容采用高性能模拟工艺制造，并封装在多芯片 SOIC 模块中。晶圆制造工艺是一种在金属之间形成高压电容的多层级金属工艺，如图 1 所示。只需通过使用标准的层间电介质层，该结构即可实现高压隔离所需的 SiO2 厚度。这种多层结构减少了高压性能对任何单一介电层依赖，从而可提高质量和可靠性。

使用这种隔离电容技术的多芯片模块如图 2 所示。发送器和接收器均具有隔离电容，与单个电容相比，其高压隔离能力提高了一倍。非常厚的多层钝化层可保护高压隔离裸片，使其免受裸片周围模塑化合物的损坏。 使用此配置的产品可满足增强型隔离的业界通用要求，包括：

VIOTM = 5.7kVrms 瞬态过电压

VIORM = 2.0kVrms 20 年增强型隔离工作电压

VIOSM = 8kV 峰值

多个组件级以及系统级和终端设备级标准管理和认证隔离产品。根据实际操作条件，隔离产品必须针对各种电压应力曲线进行测试，以量化其高压隔离性能［1］。这些组件级参数包括工作电压 （VIOWM）、最大瞬态隔离电压 （VIOTM）、隔离耐受电压 （VISO）、最大重复峰值电压 （VIORM） 和最大浪涌隔离电压 （VIOSM）。表 2 列出了这些参数和用于验证这些功能的测试。

编辑：jq