技术文章—隔离式RS-485光耦合器设计的隐藏成本

光耦合器，也称为光隔离器或光电耦合器，其已被用于实现电子电路电流隔离超过40年。光耦合器使用LED和光电晶体管来实现信号通信，而无需传输电流。作为一种低成本的解决方案，光耦合器一直很受欢迎。但考虑到数字隔离技术的进步，光耦合器真的是实现RS-485系统电流隔离的最具成本效益的方法吗？

图1所示为隔离式RS-485收发器使用光耦合器实现电流隔离的典型电路。该解决方案共需要三个光耦合器：两个高速光耦合器（每个用于发送和接收信号）以及一个用于方向控制的低速光耦合器。该解决方案还需要大量外部元件，包括施密特缓冲器、施密特触发器、电阻器和旁路电容器。所有这些组件都会增加成本和电路板面积。

绝缘材料

介电强度

空气

~1 Vrms/μm

环氧树脂

~20 Vrms/μm

二氧化硅填充模具化合物

~100 Vrms/μm

聚酰亚胺

~300 Vrms/μm

SiO2

~500 Vrms/μm

图 2：普通绝缘体材料的介电强度

能耗：每个光耦合器需要5-10 mA才能驱动内部输入芯片上的LED。

温度范围：光耦合器大多限于承受85°C的最高环境温度，极少数例外情况下能承受高达105°C的温度。

开关规格：光耦合器的上升/下降时间和传播延迟随着偏置电流、电流传输比和器件到器件的变化而变化。

噪音抗扰度光耦合器的典型共模瞬变抗扰度范围为15 kV/μs至25 kV/μs。在高于此电平的电压瞬变的情况下，很可能出现数据损坏。

为满足日益增长的紧凑型解决方案需求且不影响性能，德州仪器开发了ISO1500隔离式RS-485收发器。图3与图1所示的光耦合器解决方案的尺寸进行了比较，这是业界标准的16引脚小外形集成电路（SOIC）隔离RS-485收发器和ISO1500。请注意，这些设计仅显示RS-485收发器的信号隔离。应用手册，“如何隔离RS-485系统的信号和电源”，为RS-485系统中的隔离电源提供了有用概述。

图 3：光耦合器解决方案之间的解决方案尺寸比较（a）；业界标准的16引脚SOIC隔离式RS-485收发器（b）；和德州仪器的ISO1500 (c)

与分立式光耦合器解决方案相比，ISO1500可减少多达85％的电路板空间，与业界标准的16引脚SOIC封装相比，可节省多达50％的电路板空间。除了最小化解决方案尺寸外，ISO1500还解决了上面提到的许多性能问题。所有德州仪器隔离式RS-485收发器均采用半导体制造工艺制造，使用二氧化硅作为电介质，以最大限度地减少器件之间的差异，并提供更可靠的高压性能。ISO1500消耗<10μA的电流来驱动基于互补金属氧化物半导体的输入，可在-40°C至125°C的温度范围内使用。与传统光耦合器相比，具有可预测的开关规格和更高的抗噪性。当您将这些系统级优势与使用ISO1500所节省的电路板空间优势相结合时，很明显，光耦合器的成本远远高于仅为器件支付的价格。

关键字：光耦合器

编辑：muyan 引用地址：http://www.eeworld.com.cn/dygl/2019/ic-news040228996.html

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