【導讀】隔離器的主要功能是通過電氣隔離柵傳送某種形式的信息，同時阻止電流。隔離器采用絕緣材料制造，可以阻止電流，隔離柵兩端都有耦合元件。信息通常在傳輸通過隔離柵之前由耦合元件編碼。
ADI公司的iCoupler®數(shù)字隔離器使用芯片級微變壓器作為耦合元 件，將數(shù)據(jù)傳輸通過高質(zhì)量聚酰亞胺隔離柵。iCoupler隔離器中 主要使用兩種數(shù)據(jù)傳輸方法：單端和差分。選擇數(shù)據(jù)傳輸機制 時，需要進行工程設(shè)計取舍，以優(yōu)化所需的終端產(chǎn)品特性。
在單端數(shù)據(jù)傳輸中，我們使用變壓器，初級繞組的一端接地。 輸入信號中的邏輯轉(zhuǎn)換編碼為脈沖，相對于地面始終為正極 性，位于發(fā)送器芯片上。這也稱為“一脈沖兩脈沖”，因為上升 沿編碼為兩個連續(xù)脈沖，而下降沿表示為單個脈沖(請參見圖1 頂部)。隔離柵另一端的接收器接收到信號，并確定發(fā)送了一個 還是兩個脈沖；然后，它將會相應(yīng)地重構(gòu)輸出。
差分數(shù)據(jù)傳輸使用真差分方式的變壓器。在此情況下，當檢測 到輸入沿時，始終都發(fā)送單個脈沖，但脈沖的極性會決定轉(zhuǎn)換 是上升還是下降(圖1底部)。接收器為真差分結(jié)構(gòu)，并根據(jù)脈沖 極性更新輸出。
圖 1.單端與差分數(shù)據(jù)傳輸
單端方法的主要優(yōu)點之一是低數(shù)據(jù)速率下的功耗比較低。這是 因為差分接收器需要的直流偏置電流多于在單端接收器中使用 的CMOS施密特觸發(fā)器。然而，差分方法在較高吞吐速率下功耗 較低，有兩個原因：驅(qū)動電平和脈沖數(shù)量。變壓器的驅(qū)動電平 可以降低，因為接收器只需確定極性，而無需確定存在單個脈 沖還是兩個脈沖。單端系統(tǒng)平均每邊沿需要1.5個脈沖，而差分 傳輸每邊沿需要1個脈沖(減少了33%)。
減小的驅(qū)動電平和較少的脈沖還可以減少射頻輻射。產(chǎn)生輻射 的原因是電源中的電流脈沖導致了印刷電路板結(jié)構(gòu)的輻射。由 于脈沖較少，而且每個脈沖的能量較低，因而產(chǎn)生的射頻輻射 顯著減少。
與單端系統(tǒng)相比，差分傳輸還有另外兩個優(yōu)勢：傳播延遲和抗 擾度。在單端方法中，在創(chuàng)建單個脈沖或兩個脈沖時，必須有 特定的時序關(guān)系，而且接收器必須分析特定時間窗口內(nèi)的脈 沖。這些要求會對編碼和解碼產(chǎn)生限制，最終限制通過器件的 傳播延遲。這進而限制器件能夠達到的總吞吐量。差分方法受 到的限制較少，因為它始終使用單個脈沖，因而傳播延遲較低， 吞吐量較高。
差分接收器能夠可靠地檢測發(fā)送器發(fā)送的差分信號，還會抑制在隔離系統(tǒng)中普遍存在的無用共模噪聲，導 致共模瞬變抗擾度(CMTI)顯著提高。差分接收器還不大容易受到電源噪聲的影響，因而抗擾度較高。光耦合 器中使用的LED實質(zhì)上是單端的，這正是光耦合器的CMTI性能通常較差的原因之一。差分數(shù)據(jù)傳輸使得 iCoupler數(shù)字隔離器的性能相對于光耦合器有了顯著提升。
數(shù)據(jù)傳輸方法也是設(shè)計人員優(yōu)化數(shù)字隔離器性能的一個選項。將真差分耦合元件作為iCoupler技術(shù)的基礎(chǔ)， 可在這一方面提供很高靈活性，這也是光耦合器和容性耦合器件通常無法企及的。
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