ADI院士談iCoupler和isoPower的優(yōu)勢(shì)和研發(fā)挑戰(zhàn)

胡夢(mèng)蝶 王金旺 毛爍

ADI公司的iCoupler和isoPower廣泛用于工業(yè)、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域，迄今已交付超過2 5億個(gè)隔離通道。這兩項(xiàng)技術(shù)/產(chǎn)品為何如此成功？研發(fā)方面遇到了哪些挑戰(zhàn)？近日，《電子產(chǎn)品世界》記者采訪了一直致力于領(lǐng)導(dǎo)開展這兩項(xiàng)核心產(chǎn)品研發(fā)工作的首席技術(shù)官陳寶興院士。

據(jù)悉，iCoupler是磁隔離技術(shù)，基于iCoupler磁隔離技術(shù)的數(shù)字隔離器是“磁耦”，為信號(hào)隔離領(lǐng)域帶來了重大進(jìn)步，代替了速度慢、功耗高且隨時(shí)間推移性能下降的光耦。在iCoupler上市數(shù)年后，isoPower問世，特點(diǎn)是芯片級(jí)的DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，可以整合到ADI的信號(hào)隔離產(chǎn)品中，用來驅(qū)動(dòng)iCoupler磁耦數(shù)據(jù)通道的副邊，以及為片外負(fù)載供電。

小型化、低輻射

問：isoPower和iCoupler用在哪些場(chǎng)合？

答：isoPower廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、能源傳輸和轉(zhuǎn)換、新能源、汽車等領(lǐng)域。采用isoPower和iCoupler相結(jié)合的隔離電源芯片，在提供隔離電源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)通訊隔離，不同的隔離數(shù)字通道配置可以實(shí)現(xiàn)SPI、UART、12C等通訊接口的隔離。為客戶產(chǎn)品的小型化，縮短設(shè)計(jì)周期，減少采購成本等方面提供價(jià)值。

例如，在工業(yè)PLC（可編程控制器）中需要設(shè)計(jì)多通道溫度測(cè)量系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)通道之間的隔離，傳統(tǒng)的隔離電源設(shè)計(jì)會(huì)使用占用較大空間的變壓器，而通道間的隔離使得傳統(tǒng)方案占用空間的缺點(diǎn)愈加突出。若采用isoPower技術(shù)，僅用一顆集成了數(shù)字隔離通道的isoPower芯片就可以完全實(shí)現(xiàn)前端ADC供電隔離和SPI通訊隔離，這大大節(jié)省了PCB（印制板）面積，減少了物料數(shù)量。圖1是16通道路路隔離的溫度測(cè)量單元，可見采用了ADI技術(shù)之后，每一路只有兩顆芯片和少量被動(dòng)元件。

問：二者在安全性方面有怎樣的技術(shù)考量和表現(xiàn)？

答：iCoupler和isoPower已用于高安全性的工業(yè)、汽車和醫(yī)療應(yīng)用，交付超過25億個(gè)隔離通道。這些片內(nèi)變壓器的隔離依賴于堆疊初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的厚（大于20μ m）聚酰亞胺層。晶圓級(jí)工藝聚酰亞胺層提供超高均勻性以及出色的介電強(qiáng)度和ESD（靜電釋放）性能。isoPower產(chǎn)品可提供增強(qiáng)的隔離性能，其抗浪涌能力大于10kV，并具備5 kVrms Imin UL額定值。

問：相比競(jìng)品，isoPower的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪里？

答：小型化和低輻射是isoPower的兩大突出優(yōu)勢(shì)。我們已經(jīng)推出了業(yè)界最小的低輻射隔離電源芯片ADuM5028。此外，芯片級(jí)隔離電源比模塊化隔離電源帶來了更高的可靠性和一致性。

研發(fā)的關(guān)鍵是EMl和轉(zhuǎn)換效率

問：isoPower技術(shù)在研發(fā)過程中遇到過怎樣的阻礙或瓶頸，未來的發(fā)展方向如何？

答：isoPower提供頗具吸引力的集成優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，上市時(shí)間快，無需分立式開關(guān)、二極管或隔離變壓器。但是，片內(nèi)變壓器具有低電感和高電阻，因此需要在超高頻下切換。通常，在大約200 MHz的頻率下切換會(huì)帶來重大的EMI和效率挑戰(zhàn)。我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要深入了解EMI測(cè)量、EMI模擬方法，并構(gòu)思出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將EMI減少20dB以上，且不會(huì)影響效率。最新的低EMI isoPower產(chǎn)品為客戶顯著簡化了PCB板設(shè)計(jì)。

但是，隨著越來越多的客戶要求更加緊湊的隔離集成，對(duì)于熱力受限的設(shè)計(jì)而言，效率變得更加重要。我們正在努力改進(jìn)變壓器，希望提高電感、降低電阻，從而實(shí)現(xiàn)在較低頻率下切換變壓器。這將進(jìn)一步降低EMI并提高效率。

問：采用isoPower技術(shù)后，可否省去額外的EMI抑制電路？

答：為了滿足EN55022 ClassB的輻射要求，新的isoPower芯片只需要在副邊選用兩顆低成本鐵氧體磁珠來阻斷副邊電源上的高頻共模電流，不再需要縫合電容或安規(guī)跨接電容。