深入解析ISO722x系列双通道数字隔离器

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。今天我们就来详细剖析ISO7220A、ISO7220B、ISO7220C、ISO7220M、ISO7221A、ISO7221B、ISO7221C、ISO7221M这一系列的双通道数字隔离器，看看它们有哪些独特之处。

文件下载：iso7221c.pdf

一、产品特性亮点

1. 灵活的信号传输

ISO722x系列提供了1Mbps、5Mbps、25Mbps和150Mbps的多种信号速率选择，能满足不同应用场景对数据传输速率的要求。无论是对速率要求不高的简单控制信号传输，还是需要高速数据传输的复杂系统，都能找到合适的型号。

2. 出色的信号质量

• 低通道间输出偏斜：最大仅为1ns，确保了不同通道之间信号的同步性，减少了因信号偏斜导致的误差，提高了系统的稳定性。
• 低脉冲宽度失真：最大为1ns，保证了信号在传输过程中脉冲宽度的准确性，避免了信号失真对系统造成的影响。
• 低抖动：在150Mbps时典型值为1ns，有效降低了信号的抖动，提高了信号的质量和可靠性。

3. 强大的抗干扰能力

• 高瞬态抗扰度：典型值为50kV/μs，能够有效抵抗瞬间的高电压干扰，保证系统在复杂电磁环境下的正常运行。
• 高静电放电保护：具备4kV的ESD保护能力，防止静电对芯片造成损坏，提高了产品的可靠性和稳定性。

4. 宽工作电压范围和温度范围

支持2.8V（C - Grade）、3.3V或5V的电源供电，适用于多种电源系统。工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能在恶劣的环境条件下正常工作。

5. 长使用寿命

在额定电压下典型寿命可达28年，减少了产品的更换频率，降低了维护成本。

6. 丰富的安全认证

通过了DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）、UL 1577、IEC 61010 - 1、IEC 62368 - 1等多项安全相关认证，为产品在安全要求较高的应用场景中使用提供了保障。

二、应用场景广泛

1. 工厂自动化

在Modbus、Profibus™、DeviceNet™等工业数据总线中，ISO722x系列数字隔离器可以有效隔离不同设备之间的电气连接，防止噪声电流干扰和损坏敏感电路，保障数据的准确传输。

2. 计算机外设接口

用于隔离计算机与外设之间的信号传输，提高系统的抗干扰能力，确保数据传输的稳定性。

3. 伺服控制接口

在伺服控制系统中，隔离器可以隔离控制信号和功率信号，避免功率电路对控制电路的干扰，提高伺服系统的控制精度和可靠性。

4. 数据采集

在数据采集系统中，隔离器可以隔离传感器和采集电路，防止外界干扰对采集数据的影响，提高数据的准确性。

三、内部结构与工作原理

ISO7220x和ISO7221x系列数字隔离器采用了TI的二氧化硅（SiO₂）隔离屏障，将逻辑输入和输出缓冲器分开，实现了高达4000Vₚₖ的电气隔离。其工作过程如下：

1. 信号预处理：二进制输入信号经过调理后，转换为平衡信号。
2. 隔离传输：平衡信号通过隔离屏障进行传输，在传输过程中，隔离屏障能够有效阻挡高电压和噪声电流。
3. 信号恢复：在隔离屏障的另一侧，差分比较器接收逻辑转换信息，然后相应地设置或重置触发器和输出电路，将差分信号转换为单端信号输出。
4. 故障安全机制：系统会定期发送更新脉冲，用于验证输出的直流电平。如果每4μs没有接收到这个直流刷新脉冲，则认为输入未供电或未被激活驱动，故障安全电路会将输出驱动到逻辑高电平状态，确保系统在异常情况下的安全。

四、引脚配置与功能

1. 引脚分布

ISO7220x和ISO7221x采用了8引脚的SOIC封装，两者的引脚配置有所不同。ISO7220x的通道方向相同，而ISO7221x的通道方向相反。具体引脚定义如下表所示：

PIN	ISO7220x	ISO7221x	Type (I = Input; O = Output)	DESCRIPTION
INA	2	7	I	Input, channel A
INB	3	3	I	Input, channel B
GND1	4	4	-	Ground connection for VCC1
GND2	5	5	-	Ground connection for VCC2
OUTA	7	2	O	Output, channel A
OUTB	6	6	O	Output, channel B
VCC1	1	1	-	Power supply, VCC1
VCC2	8	8	-	Power supply, VCC2

2. 引脚功能说明

• 输入引脚（INA、INB）：用于接收外部输入的数字信号。
• 输出引脚（OUTA、OUTB）：输出经过隔离处理后的数字信号。
• 电源引脚（VCC1、VCC2）：分别为输入侧和输出侧提供电源。
• 接地引脚（GND1、GND2）：分别为输入侧和输出侧提供接地连接。

五、详细电气与性能参数

1. 绝对最大额定值

参数	描述	最小值	最大值	单位
VCC	供电电压（VCC1、VCC2）	- 0.5	6	V
VI	输入、输出引脚电压	- 0.5	VCC + 0.5（最大不超过6V）	V
IO	输出电流	- 15	15	mA
TJ	最大结温	-	170	°C
Tstg	存储温度	- 65	150	°C

2. 电气特性

不同电源电压组合下的电气特性有所不同，例如在5V VCC1和VCC2供电时：

• VCC1供电电流：ISO7220x静态时典型值为1mA，ISO7221x静态时典型值为8.5mA。
• VCC2供电电流：ISO7220x静态时典型值为16mA，ISO7221x静态时典型值为8.5mA。
• 高电平输出电压：当IOH = - 4mA时，典型值为4.6V。
• 低电平输出电压：当IOL = 4mA时，典型值为0.2V。

3. 开关特性

以5V VCC1和VCC2供电为例：

• 传播延迟：ISO722xA典型值为405ns，ISO722xB典型值为55ns，ISO722xC典型值为32ns，ISO722xM典型值为10ns。
• 脉冲宽度失真：ISO722xA最大为18ns，ISO722xB最大为3ns，ISO722xC最大为2ns，ISO722xM最大为1ns。
• 通道间输出偏斜：ISO7220A最大为15ns，ISO7220B最大为3ns，ISO7220C最大为2ns，ISO7220M最大为1ns。

4. 绝缘特性

• 外部间隙（CLR）：最短端子间空气距离为4mm。
• 外部爬电距离（CPG）：最短端子间沿封装表面距离为4mm。
• 绝缘距离（DTI）：最小内部间隙为0.008mm。
• 比较跟踪指数（CTI）：≥400V。
• 最大重复峰值隔离电压（VIORM）：560Vₚₖ。
• 最大瞬态隔离电压（VIOTM）：4000Vₚₖ。

六、应用设计要点

1. 电源设计

为了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（VCC1和VCC2）处使用0.1μF的旁路电容，并将其尽可能靠近电源引脚放置。如果应用中只有一个初级侧电源可用，可以使用如德州仪器的SN6501等变压器驱动器为次级侧生成隔离电源。

2. PCB布局

• 层数要求：为了实现低EMI的PCB设计，建议至少使用四层板，层叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。
• 布线规则：将高速走线布置在顶层，避免使用过孔，以减少电感的引入。将接地层紧邻高速信号层，为传输线互连建立可控阻抗，并为回流电流提供低电感路径。将电源层紧邻接地层，以增加约100pF/in²的高频旁路电容。将低速控制信号布置在底层，以增加布线的灵活性。
• PCB材料选择：对于工作频率低于150Mbps（或上升和下降时间大于1ns）且走线长度不超过10英寸的数字电路板，建议使用标准的FR - 4 UL94V - 0印刷电路板，因为它在高频下具有较低的介电损耗、较少的吸湿性、较高的强度和刚度，以及自熄性阻燃特性。

七、总结

ISO722x系列双通道数字隔离器凭借其出色的性能、广泛的应用场景和丰富的安全认证，成为电子工程师在设计中值得信赖的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号，并注意电源设计和PCB布局等方面的要点，以充分发挥其优势，确保系统的稳定可靠运行。大家在使用过程中是否遇到过一些独特的问题呢？欢迎在评论区分享交流。