作為高性能模擬技術提供商，ADI一直在嘗試突破這些阻礙模擬技術進步的“魔障”，其研發的iCoupler磁隔離技術將傳統的變壓器用標準半導體制造工藝實現了集成，將傳統的采用磁芯的機械式變壓器片上化，并且具有高帶寬、低電感和高阻抗等優點。ADI公司利用微變壓器設計方面的經驗，開發出了芯片級DC-DC功率轉換器isoPower系列。最近，ADI再次發布isoPower系列新品，將產品的關鍵性能EMI指標實現“大躍進”，磁隔離在傳統性能優勢上進一步解決了過去EMI短板，實現魚與熊掌可以得兼的目標。
隔離電源EMI輻射示意框圖
ADI磁隔離技術歷經近20年的發展，最開始的產品是信號隔離。磁隔離的特點就是它含有全能量，基于該技術ADI多年后又推出了內置變壓器的芯片級電源隔離產品，跟普通芯片一樣在純凈廠房里跟半導體器件一樣生產出來，而不是像傳統的零散機械元件組裝而成。
第二代技術滿足了無線電干擾特性CISPR 22/EN 55022 B類輻射標準
“第一代技術尺寸特別小的特點為大家所歡迎，但缺點也明顯——EMI不是很好，輻射比較大。因為芯片級的線圈尺寸很小，所以它的工作頻率特別高，數百兆的工作頻率把能量傳到隔離帶時，必然有一些共模的信號或者噪聲會輻射出去。”ADI數字隔離器產品部經理陳捷在一場演講中表示。過去ADI工程師對這些問題也給予了修正的方法，如建議在隔離芯片兩端跨接安規電容，用電容給它提供一個基礎的反饋路徑，或者利用四層PCB的內層要做一個交疊形成電容特性，從而提供一個低阻抗的反饋路徑來抑制EMI。
“但很明顯，這兩種方法或多或少會給客戶帶來一些麻煩。所以，我們的研發團隊一直在努力克服這個問題，我們現在的第二代產品就從芯片本身成功地解決了這個EMI的問題。”陳捷解釋道。第二代產品在線圈的設計上做了一些改進，對稱性更好，并在頻率頻譜上增加擴頻，將原來頻譜工作頻率的尖峰峰值擴開。“原來可以看到是一個單點的尖峰，現在用擴頻的方式把它展開了，就把能量降下來了。”陳捷指出，新的指標可以輕松達到Class A、Class B的輻射標準。“利用第二代技術不需要做任何跨接電容處理，可以只用兩層PCB板，在輸出端加兩個磁珠和兩個電容即可。”陳捷表示。
100mA時使用2層PCB：準峰值滿足CISPR 22 B類標準，915MHz時裕量為-5.1dBμV
陳捷口中的第二代產品是ADI近日宣布推出的其新一代增強隔離式電源轉換器ADuM5020/6020和ADuM5028/6028系列，可以使系統滿足EN 55022/CISPR 22 B類電磁干擾標準的需求，無需在應用層面使用高成本的EMI抑制技術，并且可簡化EMI認證流程，降低設計成本和縮短設計時間。ADI將其隔離產品的“斷代”的關鍵參考指標放在EMI特性上，在十多年前推出第一代隔離電源之后ADI陸續推出了若干系列新品，但因為在EMI方面沒有做太多的優化而仍歸屬第一代產品。隨著行業對EMI特性關注度越來越高，ADI投入幾十人用了兩年時間，完成了從研發到工藝、封裝、測試，完整完成新一代低EMI產品研發。
集成化趨勢下，通道隔離需求再上臺階
電源隔離集成化趨勢已經形成，在新能源汽車、工業控制、儀器儀表和醫療等行業，越來越多的要用到高集成度的通道與通道之間隔離。“比如我們看到有些溫度采樣的設備，它可能一個板子上8個通道、8個ADC，要給這個ADC做隔離、信號要隔離，還要隔離電源，那用我們這種隔離芯片就特別方便。”陳捷指出，“現在有些高端產品就是要求每個通道之間都要隔離，它不能共用隔離電源。”儀器行業的小型化趨勢也正在促進集成隔離電源的需求增加，甚至在一些便攜式的醫療設備上也開始對隔離性能提出更高需求。
簡化兩層PCB布局的ADuM5020/ADuM5028評估板
“例如醫療這塊會有更高隔離等級的標準，ADuM6000系列以及ADuM6020的隔離等級就更高。另外，像汽車應用對輻射的要求也越來越高，所以我們希望能在輻射的能量上進一步的抑制，有更大的裕量。”陳捷表示，“我們還做了一個更小的SO8封裝，堪稱業界最小的隔離電源解決方案。另外，由于這個技術輸出的功率不是很大，盡管現在的500毫瓦已經能滿足許多的應用，但將來ADI可能會往更大的輸出功率去發展。”
成功挑戰光耦傳統市場，磁隔離持續走強
作為最傳統的一種隔離方式，光耦在市面上應用已超過50年，目前在很多場合還占領主流應用。ADI第二代隔離電源產品突破EMI的最大掣肘是否能在隔離電源大展拳腳、攻城略地？“隔離應用通常與安全以及產品性能認證直接相關，導致市場對新技術采納偏向保守，新產品和技術的市場滲透和切換會比別的產品慢，這是這個市場的特點。”陳捷表示。
然而光耦的顯著缺點這些年正在為新型隔離技術提供了切入點，尤其是相對于磁隔離最大的一個問題是集成度差。“特別是做多通道隔離時光耦技術單個封裝實現不了，必須是一個通道一個器件，而數字磁隔離可以將3、4個甚至是6個通道放在一個封裝里。”陳捷指出。事實上，電源隔離也面臨這樣的技術差異，特別是光沒有辦法傳遞電源能量，而磁隔可以。從技術本身來講它的應用更靈活、集成度更高。
“未來越來越多的應用肯定是數字隔離器的市場份額會進一步擴大，光耦的市場會有所萎縮。但數字隔離器也不可能完全取代光耦，因為光耦在低成本、低速率的場合有它的優勢。”陳捷坦陳。據他透露，在1MBPS以下的應用，光耦的價格與其通訊速度呈指數相關，比如到了1M甚至10MBPS以上，它的價格就比數字隔離高很多，但在低速時成本非常低。“所以一定有些市場是數字隔離器不會去碰的，但是未來的發展趨勢肯定是速度越來越快，所以新的增長點、新的市場數字隔離器優勢越來越明顯。”陳捷表示。
【來源 微波射頻網】