ISO723xx高速三通道数字隔离器：设计与应用指南

在电子设计领域，数字隔离器是保障系统安全、稳定运行的关键组件。今天我们来深入探讨TI公司的ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M这三款高速三通道数字隔离器，它们在工业自动化、计算机外设接口等众多领域有着广泛的应用。

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一、主要特性

（一）高速信号传输

ISO723xx系列提供25Mbps和150Mbps两种信号速率选项，能够满足不同应用场景对数据传输速度的需求。同时，该系列产品具有低通道间输出偏斜（最大1ns）、低脉冲宽度失真（PWD，最大2ns）和低抖动（150Mbps时典型值1ns）等优点，确保了信号传输的准确性和稳定性。

（二）长寿命与高可靠性

在额定工作电压下，该系列产品典型寿命可达25年，为长期运行的系统提供了可靠的保障。此外，产品具备4kV ESD保护，能够有效抵御静电干扰，提高了产品的抗干扰能力。

（三）宽工作电压与电平转换

ISO723xx可使用3.3V或5V电源供电，支持3.3V和5V电平转换，方便与不同电压等级的电路进行接口。这种灵活性使得该系列产品在各种电源环境下都能稳定工作。

（四）高电磁兼容性

产品具有高电磁抗扰度，能够在复杂的电磁环境中正常工作，减少了电磁干扰对信号传输的影响。其工作温度范围为 -40°C至125°C，适用于各种恶劣的工业环境。

（五）安全认证

该系列产品符合多项安全相关认证，如DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577组件认可计划以及IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1认证等，为系统的安全性提供了有力保障。

二、应用领域

（一）工厂自动化

在工厂自动化系统中，ISO723xx可用于Modbus、Profibus™、DeviceNet™等数据总线，实现信号的隔离传输，防止不同设备之间的干扰和故障传播。

（二）计算机外设接口

在计算机外设接口中，该系列产品可用于隔离数据信号，保护敏感电路免受外部干扰，提高系统的稳定性和可靠性。

（三）伺服控制接口

在伺服控制接口中，ISO723xx能够隔离控制信号和功率信号，确保控制信号的准确性和稳定性，提高伺服系统的性能。

（四）数据采集

在数据采集系统中，产品可用于隔离传感器信号和采集电路，减少干扰，提高采集数据的准确性。

三、产品描述

ISO7230和ISO7231是三通道数字隔离器，具有多种通道配置和输出使能功能。这些设备的逻辑输入和输出缓冲器由TI的二氧化硅（SiO₂）隔离屏障分隔，结合隔离电源使用时，能够阻挡高电压、隔离接地，并防止数据总线或其他电路上的噪声电流进入本地接地，从而避免干扰或损坏敏感电路。

四、产品对比

PRODUCT	SIGNALING RATE	INPUT THRESHOLD	CHANNEL CONFIGURATION	ISOLATION RATING
ISO7230C	25 Mbps	≅ 1.5 V (TTL) (CMOS compatible)	3/0	4000 V PK , 2500 V RMS
ISO7231C	25 Mbps	≅ 1.5 V (TTL) (CMOS compatible)	2/1	-
ISO7231M	150 Mbps	V CC /2 (CMOS)	-	-

从表格中可以看出，不同型号的产品在信号速率、输入阈值和通道配置等方面存在差异，工程师可以根据具体的应用需求选择合适的产品。

五、引脚配置与功能

ISO7230和ISO7231采用16引脚的DW（SOIC）封装，不同引脚具有不同的功能，如输入、输出、使能、电源和接地等。具体引脚功能如下表所示：

PIN	ISO7230	ISO7231	TYPE (1)	DESCRIPTION
EN	10	-	I	Enable, channel A, B, and C
EN1	-	7	I	Enable, channel C
EN2	-	10	I	Enable, channel A and B
GND1	2, 8	2, 8	-	Ground connection for V CC1
GND2	9, 15	9, 15	-	Ground connection for V CC2
INA	3	3	I	Input, channel A
INB	4	4	I	Input, channel B
INC	5	12	I	Input, channel C
NC	6, 7, 11	6, 11	-	Not connected
OUTA	14	14	O	Output, channel A
OUTB	13	13	O	Output, channel B
OUTC	12	5	O	Output, channel C
V CC1	1	1	-	Power supply, V CC1
V CC2	16	16	-	Power supply, V CC2

在实际应用中，正确连接引脚是确保产品正常工作的关键。

六、规格参数

（一）绝对最大额定值

产品的绝对最大额定值规定了设备在正常工作时所能承受的最大电压、电流和温度等参数。例如，电源电压（V CC1、V CC2）的范围为 -0.5V至6V，输入和输出引脚的电压范围为 -0.5V至V CC + 0.5V（最大不超过6V）等。超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏，因此在设计时必须严格遵守。

（二）ESD额定值

产品具有良好的ESD保护能力，人体模型（HBM）下的ESD额定值为±4000V，带电设备模型（CDM）下的ESD额定值为±1000V。这使得产品在实际应用中能够更好地抵御静电干扰。

（三）热信息

了解产品的热信息对于确保设备在正常温度范围内工作至关重要。ISO723xx的热阻参数包括结到环境热阻（R θJA）、结到外壳（顶部）热阻（R θJC(top)）、结到电路板热阻（R θJB）等。例如，在DW（SOIC）16引脚封装中，R θJA为168°C/W。

（四）推荐工作条件

为了确保产品的性能和可靠性，建议在推荐工作条件下使用。例如，电源电压（V CC1、V CC2）的范围为3.15V至5.5V，输入脉冲宽度和信号速率等参数也有相应的要求。在不同的型号中，这些参数可能会有所不同，工程师需要根据具体产品进行选择。

（五）功率额定值

在特定的工作条件下，产品的功率消耗是一个重要的参数。例如，在V CC1 = V CC2 = 5.5V、TJ = 150°C、C L = 15pF、输入为50%占空比、25Mbps方波的条件下，ISO7230C、ISO7231C和ISO7231M的设备功率耗散为220mW。

（六）绝缘规格

产品的绝缘规格包括外部间隙（CLR）、外部爬电距离（CPG）、绝缘距离（DTI）、比较跟踪指数（CTI）等。这些参数对于确保产品的电气绝缘性能至关重要，在设计电路板时需要特别注意。

（七）安全相关认证

ISO723xx符合多项安全相关认证，如VDE、CSA和UL等认证。这些认证表明产品在安全性能方面符合相关标准，为系统的安全性提供了保障。

（八）安全限制值

安全限制值旨在最小化输入或输出电路故障时对隔离屏障的潜在损坏。例如，安全输入、输出或电源电流（I S）和安全温度（T S）等参数都有相应的限制。

（九）电气特性

产品的电气特性包括电源电流、睡眠模式输出电流、高低电平输出电压、输入电压滞后、输入电容和共模瞬态抗扰度等。这些特性在不同的电源电压下可能会有所不同，工程师需要根据具体的应用场景进行选择。

（十）开关特性

开关特性包括传播延迟、脉冲宽度失真、通道间输出偏斜、输出信号上升和下降时间等。这些特性对于确保信号的准确传输至关重要，在高速信号传输应用中需要特别关注。

七、参数测量信息

文档中提供了各种参数的测量信息，包括测试电路和电压波形等。例如，在测量开关特性时，需要使用特定的输入脉冲发生器和负载电容等。了解这些测量信息有助于工程师准确地测试和验证产品的性能。

八、详细描述

（一）概述

ISO723x系列设备通过基于二氧化硅的隔离屏障传输数字数据。设备的数字输入信号（IN）由发射器采样，在每个数据边沿，发射器将相应的差分信号发送到隔离屏障另一侧。当输入信号静止时，刷新逻辑会定期发送必要的差分信号。接收器将差分信号转换为单端信号，并通过缓冲器输出到OUT引脚。如果接收器未接收到数据或刷新信号，超时逻辑会检测到输入侧信号或电源丢失，并将输出驱动到默认电平。

（二）功能框图

产品的功能框图展示了其内部结构，包括发射器、接收器、刷新逻辑和超时逻辑等。通过理解功能框图，工程师可以更好地了解产品的工作原理。

（三）特性描述

ISO723x系列产品具有多种通道配置和默认输出状态选项，以满足不同的应用需求。例如，ISO7240CF、ISO7241C和ISO7242C等型号具有不同的通道配置和输入阈值。

（四）设备功能模式

文档中列出了ISO7231C - Q1的功能模式表，展示了不同输入和输出条件下的输出状态。了解这些功能模式有助于工程师正确地使用产品。

九、应用与实现

（一）应用信息

ISO723x采用单端TTL或CMOS逻辑开关技术，电源电压范围为3.15V至5.5V。在设计数字隔离器时，需要注意由于其单端设计结构，数字隔离器不遵循任何特定的接口标准，仅用于隔离单端CMOS或TTL数字信号线。隔离器通常放置在数据控制器（如μC或UART）和数据转换器或线路收发器之间。

（二）典型应用

以ISO7231为例，结合德州仪器的混合信号微控制器、RS - 485收发器、变压器驱动器和电压调节器，可以创建一个隔离的RS - 485系统。这种应用展示了产品在实际系统中的使用方法。

（三）电源供应建议

为了确保产品在所有数据速率和电源电压下可靠运行，建议在输入和输出电源引脚（V CC1和V CC2）处使用0.1μF的旁路电容，并将电容尽可能靠近电源引脚放置。如果应用中只有单个初级侧电源可用，可以使用变压器驱动器（如德州仪器的SN6501）为次级侧生成隔离电源。

（四）布局

在PCB设计中，为了实现低EMI设计，建议使用至少四层电路板，层叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。高速信号应在顶层布线，以避免使用过孔和引入电感。接地层应紧邻高速信号层，以建立传输线互连的受控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。电源层应紧邻接地层，以增加高频旁路电容。低频控制信号可以在底层布线，以提供更大的灵活性。

十、设备与文档支持

（一）文档支持

德州仪器提供了相关的文档，如隔离词汇表、如何使用隔离提高工业系统的ESD、EFT和浪涌抗扰度等应用笔记，以及数字隔离器设计指南等。这些文档可以帮助工程师更好地了解和使用产品。

（二）接收文档更新通知

工程师可以通过导航到设备产品文件夹并点击“Notifications”来注册接收文档更新通知，以便及时了解产品信息的变化。

（三）支持资源

TI E2E™支持论坛是工程师获取快速、验证答案和设计帮助的重要来源。工程师可以在论坛上搜索现有答案或提出自己的问题，以获得所需的设计帮助。

（四）商标说明

文档中对相关商标进行了说明，如Profibus™、DeviceNet™和TI E2E™等商标的归属。

（五）静电放电注意事项

由于该集成电路可能会受到ESD损坏，德州仪器建议在处理所有集成电路时采取适当的预防措施，以避免因ESD损坏导致的性能下降或设备故障。

（六）术语表

文档中提供了TI术语表，解释了相关的术语、首字母缩略词和定义，有助于工程师更好地理解文档内容。

十一、修订历史

文档记录了产品数据手册的修订历史，包括从不同版本到当前版本的更改内容，如修正错别字、更新认证信息、调整表格和图形编号格式等。了解修订历史可以帮助工程师了解产品的发展和改进过程。

十二、机械、封装和可订购信息

文档提供了产品的机械、封装和可订购信息，包括不同型号的封装类型、引脚数量、工作温度范围、物料类型、可订购的零件编号、状态、RoHS值、引脚镀层/球材料、MSL评级/峰值回流温度和零件标记等。此外，还提供了磁带和卷轴信息、磁带和卷轴盒尺寸、通用封装视图、封装轮廓、示例电路板布局和示例模板设计等详细信息。

综上所述，ISO723xx系列高速三通道数字隔离器具有多种优秀的特性和广泛的应用领域。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求选择合适的产品，并严格按照规格参数和设计建议进行设计和布局，以确保系统的性能和可靠性。同时，充分利用德州仪器提供的文档和支持资源，可以帮助工程师更好地完成设计任务。你在使用这些数字隔离器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。