Digitalni izolatori

5.09.2011.

Digitalni izolatori

Firma TAGOR electronic, specijalizovana za distribuciju elektronskih komponenti i instrumenata, u svom programu nudi digitalne izolatore firme Silicon Labs.

Potrebno je podsetiti zašto uopšte imamo potrebu za izolacijom u elektronskim sklopovima : to su sigurnosni razlozi (safety), povezivanje kola sa razlicitim potencijalima (level shift), eliminacija tzv. “Ground Noise”, da pomenemo samo neke. Dok se za izolaciju I transfer analognih signala jos uvek koriste I pasivne komponente (transformatori), za prenos digitalnih signala se tradicionalno koriste Optokapleri, a od skora I relativno nove komponente, Digitalni izolatori, koje karakterisu manje dimenzije, veca brzina rada, manja potrosnja el. Energije I veca pouzdanost.

Ako pogledamo tipicni optokapler (gde ulazni digitalni signal aktivira LED diodu cija svetlost prolazi kroz opticki transparentni sloj izolatora do fototranzistora, gde se ponovo pretvara u elektricni signal) I novi Digitalni izolatori rade na slican nacin, ali je umesto svetlosti  medijum koji prenosi signal ovde visokofrekventni (RF) signal, dok izolaciju formira diferencijalni par kondenzatora. Drugim recima, Digitalni isolator tehnoloski predstavlja obicno monolitno integrisano kolo, dok je klasicni optokapler hibridan uredjaj.

 Iz ove razlike potice vec jedna prednost : kako tehnologiju izrade monolitnih integrisanih kola karakterisu male dimenzije, moguce je na istom Si-cipu napraviti visekanalne digitalne izolatore, a sa druge strane lako je intergrisati sa njima I druge elektronske komponente, tako da se na jednom silicijumu napravi, recimo, izolovani analogno/digitalni converter (za merenja u energetici).

 Ako uporedimo I ostale elektricne karakteristike, lako je uociti da :

- digitalni izolatori imaju vecu brzinu rada uz manju potrosnju:  tip. od 1,5 mA/kanalu pri 10 Mbps transferu, uz potrosnju reda 4-14 mA od DC do 100 Mbps , dok std. Avago optokapler zahteva struju od 20-33 mA za brzine do 40 Mbps
- brzina transfera do 150 Mbps u temp. opsegu od -40 +125 oC
- minimalni jitter, ispod 250 ps, uz propagacuju signala manju od 10 ns
- tri puta vecu gustinu kanala po datom pakovanju blagodareci monolitnoj tehnologiji izrade
- cak tri puta vecu imunost na tranzijente (CMTI=Common Mode Transient Immunity), do 50 kV/us
- imunost na dejstvo eksternog polja : cak do 300 V/m za elektricno polje, te do 1000A/m za magnetno polje 
- nekoliko puta vecu pouzdanost rada: MTTF reda 87 godina, dok je MTTF za Avago HCPL-0900 optokapler  reda 13 godina (mereno na isti nacin)
- nema degradacije el.parametara usled starenja izolacionog materijala, kao kod optokaplera
- izrada standardnom CMOS tehnologijom, 0,25 um process
- prakticno nema eksternih komponenata (otpornika I sl.)
- ako je mozda jedina mana digitalnih izolatora bila relativno niska vrednost izolacionog napona od 2,5 kV (u poredjenju sa standardnih 3750 V kod optokaplera), sada firma Silicon Labs nudi familiju digitalnih izolatora sa izolacionim naponom od 5 kV !

Portfolio firme Silicon Labs u oblasti digitalnih izolatora pokriva sledece segmente :

- jednosmerni izolatori (serije Si84xx I Si86xx; do 6 kanala, brzine do 150 Mbps, CMTI iznad 25 kV/us, 5 kV, 2,5 kV I 1 kV izolacija )
- dvosmerni izolatori (I2C bus, SMBus, PMBus), serije Si840x, Si860x (sa po dva bidirekcionalna kanala, ili dva bidirekcionalna + dva unidirekcionalna, uz slicne ostale karakteristike)
- izolovani drajveri za kola gejta (MOSFET, IGBT), serije Si823x I Si822x (razlicite topologije, do 4A vrsne struje, 8MHz prekidacka frekvencija, do 5 kV izolacije)
- izolovani AC strujni senzori (zamena za strujne transformatore), serija Si85xx, do 20A ulazne struje, do 1MHz ulazne frekvencije, 5% inicijalna tacnost, mali gubici (oko 1 mOHM, manje od 2 nH), do 5 kV izolacija

Ove tehnoloske prednosti prati I komercijalna korist.

Naime, ako uporedimo cene digitalnih izolatora I adekvatnih, kvalitetnih optokaplera, uocicemo da su cene Digitalnih izolatora firme Silicon Labs znacajno nize :

- Si8440, Silicon Labs izolator , 4 kanalni !, 150 Mbps, jedinicna cena reda 2,8 $
- HCPL-0900, AVAGO optokapler, 1 kanalni !, 100 Mbps,  jedinicna cena reda 4,76 $

Uporedimo I tipicne drajvere za MOSFET/IGBT Gate :

- Si8220, Silicon Labs, 80ns delay, 60 kV/us CMTI, 5 mA input, -40+125 oC, jedinicna cena reda 1,95 $
- HCPL-3120, AVAGO optok., 500ns delay, 35kV/us, 16 mA input, -40+100 oC, jedinicna cena reda 3,04 $

Postoji I snazna tehnicka podrska firme Silicon Labs kada su u pitanju digitalni izolatori : pored prospekata, brosura, naucno/tehnoloskih dokumenata (tzv. White Papers), zatim vodica za upotrebu, alata za parametarsko istrazivanje, postoji I uporedna lista sa konkurencijom (Competitive Cross-Reference)

Ako jos imate dileme da li, i kako  da upotrebite ove moderne komponente, javite nam se da zajednicki koristimo sve prednosti ovih novih tehnologija.