电容式电气隔离与光耦合器技术对比 — 谁是赢家？

作者：Eric.Siegel，TI公司

TI 的电容式电流隔离技术在很多方面与光耦合器隔离技术不同，其中最突出的当属隔离实施。首先，我们来确定一下我们是否理解“隔离”的真正含义。隔离从本质上讲是一种保护形势，允许两点间的通信，但阻止电流在各点间直接流动。

工作原理

在基于光耦合器的技术中，使用 LED 将信号信息传输给接收器，再由接收器将消息发送给电路的其余部分（可以想象成使用手电筒发送摩斯代码）。其隔离层源自 LED 与铸模化合物厚度的结合。因此从本质上讲，其隔离与构成其封装的组件相关。在 TI 的电容式技术中，信号信息以通过一系列蚀刻在硅芯片上的电路为基础。中间是二氧化硅构成的电容器，可通过利用边缘检测方案阻隔直接电流流动（可以想象成敲击墙壁传送摩斯代码）。

要了解所有不同点，毫不夸张地说可能需要满满一学期的大学课程，不过我们只讨论几个主要方面：部件间变化、绝缘厚度以及质量与可靠性。

部件间变化

变化是绝对的，但变化的粒度是相对的。TI 的隔离技术是一种二氧化硅电容器，以微米级工艺创建，部件间的变化会有，但极其微小。另一方面，光耦合器的隔离在封装层面上实现，其更像毫米级。该装配工艺变化和误差在该级别下自然较大。可以想象一下，每个节点的相对变化和噪声可能相似，而且与基本规范相比较小，但将光产品与电容式产品相比，您会看到这两种技术天壤之别的差异，因而其最根本的 DNA 也极为不同。

隔离层厚度 (DTI)

装配差异决定了光耦合器比 TI 隔离器件大，这是所用材料属性的结果。隔离层厚度 (DTI) 是常用的衡量标准，相当于隔离层强度。在隔离实例中，与隔离强度有关的真正衡量指标是每微米电压击穿，而非纯厚度。我们来比较一下硅／PI／铸模化合物（用于光耦合器）与二氧化硅（用于 TI 电容式隔离）的额定参数：

	典型击穿电压	16um 隔离	32um 隔离	40kV 所需的 DTI
硅／PI／铸模化合物（光耦合器）	50kV  峰值／um	800kV	1,600kV	0.8um
二氧化硅 (TI)	800kV  峰值／um	12,800kV	25,600kV	0.05um

上表清楚表明，更大并不意味着隔离性能更强。

质量与可靠性

可制造性与装配也会导致故障率。在查看光耦合器和 TI 隔离器的故障时间 (FIT) 公开数据时，您会发现可靠性数据存在数量级的差异。故障时间实际是指：给定器件样片集在给定时间内以相同条件工作，会因损耗而出现多少次故障。

产品	温度 (C)	FIT（故障／109 小时）
电容式隔离器	55°	0.7
光耦合器	55°	258.5

TI 隔离器又一次成为绝对的获胜产品，在 10 亿器件数小时工作过程中没出现一次完全故障，而相同的工作时间内光耦合器的故障次数则多达 369 次。产品离开装配及测试车间，到达客户门口后，依然也需要对最终器件进行故障产品挑选，挑选出具有装配问题或者未达标的产品。