擺脫光耦合器束縛 隔離元件架構創新再添動能

2009-09-16
隨著半導體製程技術不斷精進所造成的數位/類比鴻溝日益加深,讓不受數位元件壓縮生存空間的隔離元件,逐漸從提供被動保護功能,轉變成為整合通訊介面收發器的理想中樞。許多供應商如德州儀器(TI)與亞德諾(ADI)等最近的產品策略,便是隔離元件角色轉變的最佳佐證。
德州儀器介面與時脈產品行銷經理林士元認為,占用大量空間又不利於實現多功整合的光耦合器隔離元件,已漸漸不符合市場潮流。
德州儀器近日推出一款結合CAN收發器與隔離功能的整合型元件,日後還會以隔離元件為中心,推出整合其他通訊介面收發器的晶片產品。這類整合型元件除了將元件數量從三顆縮減成一顆,亦可減少電路板占用面積30%以上。  

除了有形的成本與空間節省外,這類整合型產品由於已經將訊號收發與隔離功能整合在單一封裝中,因此工程師在進行產品開發時,還可省下不少隔離設計的時間,甚至連隔離性能測試的工作都可簡化,因此有助於降低產品開發工作的複雜度,並加速產品上市時程。  

德州儀器介面與時脈產品行銷經理林士元表示,隨著數位電路的製程技術持續精進,目前在微控制器(MCU)單晶片上整合各種通訊介面功能,已經不是很高的技術門檻。如控制器區域網路(CAN)、通用序列匯流排(USB)甚至乙太網路(Ethernet)等通訊技術的媒體存取控制器(MAC)功能,目前都已經被整合到MCU晶片上。  

但數位電路製程技術的發展,有時反而會帶來新的晶片整合問題。例如上述各種介面與通訊標準的實體層(PHY Layer),便由於其所需的操作電壓遠高於核心電壓,或是系統整合設計時有額外的可靠度考量,而多半以獨立元件的型態存在於系統設計中。  

然而,為了達到縮小系統尺寸、降低功耗與成本等目的,用戶端多半仍希望盡可能減少獨立元件的使用數量。因此,以隔離元件為中心,將不適合整合到數位電路的類比功能整合成類比單晶片的作法,遂成為供應商開發新一代隔離元件時的趨勢。  

值得注意的是,相較於以光耦合器為基礎的傳統隔離元件,德儀所推出的整合型元件是以電容式架構來達成電氣隔離效果。此外,目前市場上亦有如亞德諾等供應商推出以變壓器為基礎的隔離元件,該公司並已推出整合USB收發器功能的整合型隔離元件。  

這些新穎的隔離架構均有助於縮小隔離元件尺寸,並可解決以分離元件來實現隔離設計所造成的設計限制。  

在數位電路與真實世界訊號之間扮演防火牆角色的隔離元件,已成為各種運作於工業設備的介面或通訊系統中或不可或缺的重要元件。從領導大廠紛紛改以新架構推出新款隔離元件來看,傳統光耦合器在隔離應用上的發展空間,已漸有受到壓縮的態勢。

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