电路设计中隔离芯片的工作原理与注意事项

一、什么是隔离芯片

上图就是某一款数字隔离器的引脚分布。“隔离”的意思就是将两端的电气特性给分开，阻断电流的路径，只保留信号的连接。上图中的隔离芯片是三个正向通道，一个反向通道，信号从红色箭头流入，从蓝色箭头流出。

说的简单一些，隔离芯片就像一个“安全门”，让应该过的信号流过（比如控制指令、数据等），把一些危险的电流、电压、干扰信号挡在门外，以保护电路中比较“娇贵”的器件，比如我将前端采集的模拟信号用ADC转化为数字信号后，在ADC和FPGA之间加一个数字隔离器，用来保护FPGA。

二、隔离芯片的原理

其实刚开始我接触隔离芯片的时候有些懵，因为隔离芯片能阻断两端的电气连接，为什么信号还能从一段传到另一端？感觉矛盾啊。下面请看我细细道来：

隔离芯片能阻断电气连接又能传递信号看似矛盾，但这正是隔离芯片的核心技术所在。没有电气连接只是因为两端没有通过直接的导线连接在一起，而是通过光耦、磁耦、电容耦合来实现的：

（1）光耦：

光耦的结构如下图所示：

光耦由光发器件和光敏原件构成，左边是光发器件，将输入信号转化成光信号，光信号输入到光敏元件中将光信号恢复为电信号。简单来说，光耦的作用就是电信号→光信号→电信号。

（2）磁耦：

磁耦的结构如下图所示：

利用变压器原理将输入的信号脉冲转化为局部磁场，磁场的变化会引起右侧线圈的电流变化。实现电信号→磁场信号→电信号

（3）电容隔离：

电容隔离的结构如下图所示：

首先输入信号被调制成高频载波，通过电容器的电场变化将信号从一端传到另一端，再将信号进行解调即可恢复原始信号。

三、电路设计时需要注意的点

（1）注意方向

隔离芯片有的通道是单向的，也有双向的（具体要看芯片手册）。单向的通道只允许单向传递信号，如果将信号的传输顺序接反了信号是传不过去的。

（2）注意电源引脚的设计

数字隔离器的电源引脚一般左边有一个，右边有一个，这两个电压必须也是隔离的，需要单独配一个隔离DCDC。而且每一侧的电压值大小决定了信号的电压值大小，这个要注意。比如上图中左边的引脚连接在FPGA，而FPGA的IO口为3.3V，因此左边的电压值也应该是3.3V，如果改成5V，FPGA就会烧掉。