數字隔離器選型，從讀懂Datasheet開始

相比光耦，數字隔離器如今越來越流行，那么你真的會選數字隔離器嗎？由于數字隔離器和光耦的功能基本相同，因此很多參數和光耦類似。但還有很多不一樣之處，今天我們就結合Datasheet，來講一講數字隔離器的選型。

從看Datasheet到提出問題

既然談到選型，就離不開Datasheet。Datasheet是芯片的說明書，每個產品的說明書都是循序漸進的，從概述到詳細參數再到注意事項，Datasheet亦如此，它也有著固有格式，包括產品介紹、關鍵參數、通過的安規認證（隔離器關系到安全問題必須要有這項）、應用領域、器件基本信息（封裝、尺寸）以及產品框圖。

那么，我們也應該循序漸進地逐步確定需求并縮小選型范圍。

拿到Datasheet第一步，就是先看第一頁概述，這是對產品的總結，一般包括了參數和介紹等，讓我們在短時間內得以迅速了解芯片的性能指標。選型和原型驗證往往是系統設計時最花時間的，因此詳細閱讀并了解非常有助于我們前期篩選。

然后，從應用角度出發，清晰了解應用具體需求及演進路線，一般Datasheet中都會具體列出適合的應用，比如汽車、光伏、電機、工業自動化等等。

通過上述介紹，我們已經基本了解產品大致情況，對于應用而言，還需要有一些更為詳細的參考，這就是我們接下來要聊的，數字隔離器都要看哪些參數？

細數藏在參數里的門道

對于數字隔離器來說，哪些參數值得關注？為了避免紙上談兵，我們請教了納芯微產品線總監葉健，深耕隔離器領域多年的他，完整見證了從光耦到數字隔離器的替代過程，提供了很多知識總結。他以納芯微的NSI82xx-Q1SWWR系列高可靠性多通道超寬體數字隔離器為例，具體解讀了數字隔離器的Datasheet。

雖然Datasheet上存在隔離電壓、CMTI、封裝、速度、功耗、ESD等大量參數，讓人眼花繚亂，但葉健也總結了應當重點觀察的參數項。葉健結合納芯微的產品列出了以下七個主要參數，不分先后。

首先是隔離電壓。隔離產品是一個安規器件，因此一定是圍繞著安全進行選型，其中最主要的就是隔離電壓的能力。比如納芯微通過基本隔離、增強隔離等多種產品，覆蓋了不同耐壓范圍，以滿足客戶不同的系統需求選型。

其二是ESD。它是隔離芯片高可靠性的重要保證，對絕大多數芯片而言，ESD都是必須的，但也分強弱，而隔離芯片由于所處高壓環境中，在系統中通常是處于高低壓的接口處，因此ESD同樣極為重要。納芯微實現了8kV的HBM耐壓能力，屬于芯片級HBM ESD中最高等級。

第三是CMTI。它是隔離產品另外一個重要指標，用以衡量芯片的抗瞬態干擾能力，也就是芯片在系統應用中的魯棒性表現。CMTI具體是是指短時間電壓上升或下降到可以破壞驅動器輸出狀態的值，瞬態干擾是由開關節點上的高 DV/DT 引起的，如果CMTI能力不夠，可能會導致輸出錯誤，甚至出現電路短路，影響系統安全。納芯微隔離器的CMTI主要為±200kV/μs，部分型號甚至可達到±250kV/μs。

第四是封裝。這里的封裝不止體現在尺寸上，而是與耐壓或安規爬電間距等指標相關，也會根據客戶的要求或系統要求提供不同芯片選型，但最終目標一定會是在更小尺寸、更高集成度情況下，同時能夠滿足安規要求。比如納芯微就提供了包括SOP、SOW、SOWW等不同封裝種類，滿足不同安規要求，這點之后會細說。

五是傳輸速率和延遲。它是數字隔離器高性能的體現，最高可以支持數百Mbps甚至達到Gbps的傳輸速率。不同通信標準和接口對于數據傳輸率要求不同，需要仔細審閱。但葉健也強調，無論是1Mbps還是150Mbps，對成本影響并不大，也正因此納芯微的產品并沒有根據傳輸速率設置更多的產品類別，而是基本都是一步到位做到了150Mbps，可以滿足絕大部分應用需求。另外除了傳輸速率，在Datasheet中也會有時序相關的各類詳細參數，這也是系統設計時需要考慮的。

六是功耗。不過葉健表示，數字隔離器相對光耦而言，功耗已經實現極大降低，因此對于功耗的訴求相對不大，但Datasheet中還是會詳細列出各種狀況下的功耗指標。

七是工作溫度。工作溫度與應用場景強相關，比如車規產品分了Grade 0到Grade 3四個等級，對應不同的溫度要求，Grade 0需要覆蓋的溫度范圍是-40℃~150℃，工規則根據不同的應用場景對溫度有不同的要求，通常最高要求是-40℃~125℃等，這些都在Datasheet中有詳細說明。

封裝的學問

葉健強調，僅對隔離器而言，封裝的影響很大，主要原因是封裝的大小直接影響器件的耐壓能力，因此這也是需要特別注意的地方。誰都愿意將產品小型化，但更高規格的隔離電壓需要更寬的封裝。也正因此，納芯微推出包括普通、寬體以及超寬體的封裝，超寬體封裝的優勢主要體現在兩個指標上，一個是15mm爬電距離，另一個是8 kVrms的隔離耐壓，增強型隔離器可以提供與兩個串聯的基本隔離器相當的絕緣水平，這可以滿足一些特殊的應用需求，比如光伏逆變器等等。

納芯微不同種封裝方式及詳細指標都在Datasheet中列出

簡而言之，更大封裝將允許更高的隔離電壓規格。如果您可以選擇更小的封裝來滿足系統的監管要求，那么更小的封裝當然有助于節省板空間和成本。此外，您還需要考慮通信接口需要多少個隔離通道，因為通道數越高，封裝類型就越重要。

電氣間隙（Clearance）和爬電距離（Creepage）是兩個不同指標，電氣間隙是兩個導電零部件之間或導電零部件與設備界面之間測得的最短空間距離，爬電距離則是指沿絕緣表面測得的兩個導電零部件之間或導電零部件與設備界面之間的最短距離。

電氣間隙和爬電距離受環境污染等級、海拔、CTI等影響，尤其是光伏、風電等野外惡劣環境下持續工作場景中，海拔和污染的影響很高。如何盡可能滿足電氣間隙和爬電距離的要求同時還能減少整體尺寸？納芯微產品的CTI達到了600V，可以使得系統對爬電距離的要求降到最低，從而減少系統尺寸。

安全標準至關重要

光是滿足參數標準，并不意味著選型結束，隔離器還要關注安全認證指標，作為安全相關產品，認證往往都會放在最醒目位置，比如納芯微Datasheet第一頁中就給出了其滿足的安規認證標準，包括UL1577、CQC、CSA、VDE等不同認證體系。認證標準之所以重要，是因為制造商在選擇帶有認證標志的產品后，就可以很容易拿到系統的安規證書，使得產品放心地在全球范圍內的使用和銷售。

UL1577標準是數字隔離器的關鍵元件級認證要求，適用于光隔離器、磁隔離器以及電容隔離器。為通過該標準的認證，器件必須承受隔離電壓Viso（由制造商規定，通常為2.5kVrms或5kVrms）達1分鐘。該規范還規定隔離器需要采用120%隔離電壓進行100%生產測試，持續時間為1秒鐘。

另外，數字隔離器還需要參考CQC、CSA、VDE等地區性認證標準。

安規認證背后，是嚴格的測試流程。需要經過包括老化測試，耐高壓測試，抽樣測試，寬溫測試，壽命測試等各類測試，尤其是壽命測試，甚至需要半年以上才算一次完整的測試周期。

通過機構認證并不意味結束，在產品量產時，還需要對每顆芯片進行測試。比如，納芯微的每顆隔離器在出廠時都通過了高壓測試，并且每季度還要進行批次性抽樣測試。以完整的測試流程確保了隔離器件的安全可靠。

寫在最后

Datasheet后半部分基本就是芯片的具體引腳布局圖，特性指標，細節介紹，詳細實測結果，應用指南，封裝尺寸圖，認證指南等等，為工程師在不同階段的系統設計提供參考。

由于隔離器件并不屬于主芯片，因此使用過程中需要特別注意的事項不多，如果是主處理器等產品，Datasheet可能會有數百頁之多。但隔離牽扯到至關重要的安全，因此還是需要工程師仔細完整的閱讀所有相關信息。

從分析納芯微的Datasheet中，我們不光了解到數字隔離器的關鍵參數在選型中的作用，也包括安全標準介紹等基礎知識，更是明顯看到納芯微乃至國產器件的進步，這一方面來自納芯微對于研發的不斷投入，也得益于其一直憑借貼近應用、貼近市場的方法論進行產品開發。

總而言之，想要用好一款產品或技術，首先需要的是了解他，而了解的最好方式就是閱讀Datasheet。

-END-