CMOS隔离器: 医疗电子系统的安全保障
光耦合器和变压器通常用于医疗系统的隔离电路，但其缺陷也是设计界所熟知的。众所周知，光耦合器速度慢，在温度和老化变化过程中性能很不稳定。它们都是单端器件，因此具有较差的共模瞬变免疫（CMTI）。此外，光耦合器基于砷化镓（GaAs）处理工艺，固有的内在损耗导致在高温和/或LED大电流条件下发光强度降低。这种衰减降低了光耦合器的可靠性、性能和使用寿命。虽然变压器提供了优于光电耦合器的更高速度和可靠性，但它们无法通过直流和低频信号，从而在系统定时（例如，开启时间和占空周期）应用中使用受限。而且变压器一般体积大、效率低，往往需要额外的核心复位电路。
CMOS隔离器概述
不同于光耦合器，互补金属氧化物半导体（CMOS）隔离器提供了更好的性能、可靠性、稳定性，省电性能和集成度。不像变压器， CMOS隔离器支持DC -150Mbps，并占用更少的空间（每个封装最多有6个隔离通道），而且效率更高。这些特性通过如下CMOS隔离器基础技术实现：
主流、低功耗CMOS处理工艺代替GaAs：CMOS是最成熟、广泛应用于全球的加工处理技术。先进的电路设计技术和CMOS技术使隔离器可达150Mbps数据传输速度、10ns传播延迟、5.6mW/通道的功耗，以及其他许多业内领先的性能规格。CMOS隔离器在最大操作电压和温度下平均无故障时间（MTTF）超过1000年，这是光耦合器的10倍。
RF载波代替光：RF技术进一步降低隔离器操作功耗，高精度鉴频提高了噪声抑制，器件封装也比光耦合器更简单。
差分隔离代替单端隔离：差分信号路径和接收灵敏度使的在无差错操作下CMTI超过25kV/us，良好的外部RF抗干扰特性可达300V/m，磁场抗扰度可超过1000A/m，这些特性使得CMOS隔离器也适用于恶劣的工作环境（强电场和磁场）。
专利的EMI抑制技术：CMOS隔离器满足FCC的B部分规范，并通过汽车J1750（CISPR）测试。
安全认证
从系统观点来看，医疗设备根据操作电压可分为不同的级别。 I类设备工作于70V或更少，只需要对可接触部分采用基本绝缘和保护接地。II类设备工作于70V电压以上，要求增强或双倍的绝缘。III类设备操作在25VAC或60VDC以下，常称为安全电压（SELV）。III类设备不需要隔离。
从组件观点来看，隔离器封装尺寸在防止电弧跨越封装表面时非常重要，因此，安全机构规定了特定测试电压下的爬电（creepage）和电气间隙（clearance）距离。如图1，爬电是指沿绝缘表面放电的最小距离，电气间隙（clearance）是指通过空气放电的最短距离。
图1：爬电和电气间隙
隔离器的核心是绝缘体，介电强度决定了隔离器的电压等级，隔离分类包括“基本型”和“增强型”。基本型隔离提供了对电击的保护特性，但没有考虑安全失效（failsafe）状况（即故障不会导致系统自动转变到一个安全、可靠的状态）；基本型隔离装置能够被用户使用，但必须被包含于系统之内。
对于基本型隔离设备的认证测试是在1分钟、1.6kVRMS电压下，最小漏电距离4mm。增强型隔离为破坏安全操作提供两级保护，并允许用户访问。增强型隔离设备的认证测试是在1分钟、4.8kVRMS电压下，最小漏电间距8mm。医疗电子系统几乎总是需要增强型隔离特性，因为它要求具备安全失效保护特性。
增强型CMOS隔离器符合国际标准IEC/EN/DIN EN 60747-5-2，CMOS隔离器也符合IEC-60601-1医疗标准绝缘要求，该标准需要先通过UL（Underwriters Laboratories）1577或IEC-60601-1标准认证。IEC-60601-1为基本型和增强型隔离规定了电介质强度测试认证准则，包括爬电和电气间隙限制，还有电压和时长。详见表1。
表1：IEC60601-1 CMOS隔离器安全标准要求
光耦合器使用塑料复合化合物作为它们的主要绝缘材料，因此必须满足内部间距规范，又称绝缘穿透距离（DTI），该术语引自IEC 60601-1。对于光耦合器，DTI是LED和光接收器Die之间的距离，典型最小距离为0.4mm。CMOS隔离器使用半导体氧化物作为它们的主要绝缘材料，比使用复合化合物封装有更好的电介质强度和一致性，因此占用更少空间。为了通过IEC 60601-1认证，安全监管机构执行DTI测试，即使CMOS隔离器在125度C温度和250VACRMS外加电压下进行10周测试，然后在4.8KVACRMS下进行1分钟测试。注意对于CMOS隔离器的DTI评测比光耦合器更加严格。
医疗电子系统必须对外部干扰有免疫能力，如来局部磁尝静电，电源线扰动（如线路