ISO722x 双通道数字隔离器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，数字隔离器扮演着至关重要的角色，它能够有效阻断高压、隔离接地，防止噪声电流干扰敏感电路。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的 ISO722x 系列双通道数字隔离器，包括 ISO7220A、ISO7220B、ISO7220C、ISO7220M、ISO7221A、ISO7221B、ISO7221C 和 ISO7221M 等型号。

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一、特性亮点

1. 高速信号传输

ISO722x 系列提供 1、5、25 和 150Mbps 多种信号速率选项，满足不同应用场景的需求。同时，它具有低通道间输出偏斜（最大 1ns）、低脉冲宽度失真（最大 1ns）和低抖动（150Mbps 时典型值为 1ns）的特点，确保信号的准确传输。

2. 高抗干扰能力

该系列器件具有 50kV/μs 的典型瞬态抗扰度，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。此外，它还具备 4kV 的 ESD 保护和高电磁抗扰度，有效提高了系统的可靠性。

3. 宽电源电压范围

支持 2.8V（C 级）、3.3V 或 5V 电源供电，并且所有输入在 2.8V 或 3.3V 电源供电时具有 5V 容限，输出为 4mA CMOS，增强了设计的灵活性。

4. 宽工作温度范围

可在 -40°C 至 +125°C 的环境温度下正常工作，适用于各种工业和汽车应用。

5. 长使用寿命

在额定电压下，典型使用寿命可达 28 年，减少了系统维护成本。

6. 安全认证

符合 DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577 组件认可计划以及 IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1 等安全认证标准，为设计提供了可靠的安全保障。

二、应用领域

1. 工厂自动化

可用于 Modbus、Profibus™、DeviceNet™ 等数据总线，实现设备之间的可靠通信。

2. 计算机外设接口

在计算机与外部设备之间提供隔离，防止干扰和损坏。

3. 伺服控制接口

确保伺服控制系统的稳定性和准确性。

4. 数据采集

在数据采集系统中，隔离模拟信号和数字信号，提高采集精度。

三、工作原理

ISO722x 系列器件采用 TI 的二氧化硅（SiO₂）隔离屏障，将逻辑输入和输出缓冲器分隔开，提供高达 4000Vₚₖ 的电隔离。二进制输入信号经过调理、转换为平衡信号，然后通过隔离屏障进行差分处理。在隔离屏障另一侧，差分比较器接收逻辑转换信息，相应地设置或重置触发器和输出电路。同时，会定期发送更新脉冲以验证输出的直流电平。如果每 4μs 未收到此直流刷新脉冲，则认为输入未供电或未被主动驱动，故障安全电路将输出驱动为逻辑高电平。

四、引脚配置与功能

ISO7220x 和 ISO7221x 采用 8 引脚 SOIC 封装，引脚功能如下：	PIN	ISO7220x	ISO7221x	Type (1)	DESCRIPTION
INA	2	7	I	Input, channel A
INB	3	3	I	Input, channel B
GND1	4	4	-	Ground connection for V CC1
GND2	5	5	-	Ground connection for V CC2
OUTA	7	2	O	Output, channel A
OUTB	6	6	O	Output, channel B
V CC1	1	1	-	Power supply, V CC1
V CC2	8	8	-	Power supply, V CC2

五、电气特性

1. 绝对最大额定值

在工作自由空气温度范围内，电源电压（V CC1、V CC2）为 -0.5V 至 6V，输入输出电压（V I）为 -0.5V 至 V CC + 0.5V（最大不超过 6V），输出电流（I O）为 -15mA 至 15mA，最大结温（T J）为 170°C，存储温度（T stg）为 -65°C 至 150°C。

2. ESD 评级

人体模型（HBM）为 ±4000V，带电设备模型（CDM）为 ±1000V。

3. 推荐工作条件

不同型号的推荐工作条件有所差异，例如 ISO722xA、ISO722xB、ISO722xM 的电源电压为 3V 至 5.5V，ISO722xC 为 2.8V 至 5.5V。输入脉冲宽度和信号速率也因型号而异，具体可参考数据手册。

4. 电气特性表

数据手册中详细列出了不同电源电压组合下的电气特性，包括电源电流、输出电压、输入电流、输入电容和共模瞬态抗扰度等参数。例如，在 5V V CC1 和 V CC2 供电时，ISO7220x 静态时 V CC1 电源电流典型值为 1mA，V CC2 电源电流典型值为 16mA。

六、典型应用与设计要点

1. 典型应用电路

ISO7221x 系列可与德州仪器的混合信号微控制器、数模转换器、变压器驱动器和电压调节器配合使用，创建隔离的 4 - 20mA 电流环。

2. 设计要求

与光耦合器不同，ISO7220x 和 ISO7221x 器件仅需两个外部旁路电容即可工作，简化了设计。

3. 详细设计步骤

在电路连接时，只需在 V CC1 和 V CC2 引脚附近分别连接一个 0.1μF 的旁路电容，且电容应尽可能靠近电源引脚。

4. 绝缘寿命

在最大工作电压下，ISO72x 和 ISO72xM 系列器件的隔离屏障寿命超过 28 年，为长期稳定运行提供了保障。

5. 电源供应建议

为确保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）添加 0.1μF 的旁路电容。如果应用中只有单个初级侧电源，可使用变压器驱动器（如德州仪器的 SN6501 器件）为次级侧生成隔离电源。

6. PCB 布局

• 布局准则：为实现低 EMI 的 PCB 设计，至少需要四层电路板，层叠顺序应为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。高速走线应布置在顶层，避免使用过孔；接地层应紧邻高速信号层，以提供低电感的回流路径；电源层应紧邻接地层，增加高频旁路电容。
• PCB 材料：对于工作频率低于 150Mbps 或上升下降时间大于 1ns、走线长度不超过 10 英寸的数字电路板，建议使用标准 FR - 4 UL94V - 0 印刷电路板，因其具有低介电损耗、低吸湿性、高强度和刚度以及自熄性等优点。

七、总结

ISO722x 系列双通道数字隔离器凭借其高速、高抗干扰、宽电源电压范围、宽工作温度范围和长使用寿命等优点，在工厂自动化、计算机外设接口、伺服控制接口和数据采集等领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要根据具体应用需求选择合适的型号，并严格遵循数据手册中的电气特性和设计要点，以确保系统的可靠性和稳定性。同时，注意 PCB 布局和电源供应等细节，能够进一步提高产品的性能。你在使用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。