許多應(yīng)用需要在各種傳感器和中央控制器之間進(jìn)行通信以進(jìn)行處理和分析。為了保持用戶(hù)界面的安全要求并防止瞬變從各種來(lái)源耦合，幾乎總是需要電流隔離。這些系統(tǒng)的示例是需要在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行的精密機(jī)械臂，或者需要在除顫期間運(yùn)行的弧焊機(jī)或病人監(jiān)護(hù)儀。其他相關(guān)應(yīng)用包括電機(jī)和電源控制、儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療保健。

圖 1：電磁兼容性 (EMC) 的類(lèi)型。

在歐盟銷(xiāo)售產(chǎn)品通常需要 CE 標(biāo)志，在美國(guó)銷(xiāo)售產(chǎn)品需要 FCC 分類(lèi)。要獲得這些認(rèn)證，必須對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行電磁兼容性 (EMC) 測(cè)試套件。 ?

把控制 EMC 看作是一個(gè)好鄰居——不要制造太多噪音，并且在鄰居制造噪音時(shí)要寬容。這可以在圖 1中看到，其中 EMC 分為抗擾度和輻射。發(fā)射可以進(jìn)一步分為傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射。免疫有相同的兩個(gè)版本，加上瞬態(tài)免疫和容錯(cuò)。

每個(gè)類(lèi)別都有自己的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，需要合規(guī)才能獲得 CE 標(biāo)志或 FCC 分類(lèi)，如圖2 所示。在工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)境中，傳導(dǎo)和輻射發(fā)射通常必須符合 EN55011、EN55022 或 FCC 第 15 部分。傳導(dǎo)抗擾度必須符合 IEC61000-4-6，輻射抗擾度必須符合 IEC61000-4-3。瞬變可分為三類(lèi)：符合 IEC61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)的 ESD（靜電放電）、符合 IEC61000-4-4 標(biāo)準(zhǔn)的 EFT（電快速瞬變）和符合 IEC61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn)的浪涌。

圖 2：EMC 類(lèi)別和標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)后解決 EMC 問(wèn)題可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)槟脑O(shè)計(jì)越深入，可用的技術(shù)就越少。在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)針對(duì) EMC 進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)于最大限度地減少電路板迭代所花費(fèi)的時(shí)間以及減少設(shè)計(jì)時(shí)間和項(xiàng)目成本至關(guān)重要。 ?

使用數(shù)字隔離器可以非常有效地應(yīng)對(duì) EMC 瞬態(tài)威脅，因?yàn)殡娏鞲綦x允許數(shù)據(jù)流動(dòng)，同時(shí)阻止電流流動(dòng)。同時(shí)，數(shù)字隔離器應(yīng)遵守睦鄰規(guī)則，不得引入噪聲擾亂其相鄰元件。可以使用跨越隔離柵的不同耦合元件來(lái)實(shí)現(xiàn)電流隔離。傳統(tǒng)上，使用光學(xué)方法，但這些已被證明是耗電的，并且由于發(fā)光源而具有有限的壽命。數(shù)字隔離器可以使用電感或電容耦合方法與絕緣材料（如聚酰亞胺和 SiO2）實(shí)現(xiàn)，并具有更長(zhǎng)的使用壽命和更低的功耗。 ?

考慮大量可用數(shù)字隔離器中的兩個(gè)示例：Analog Devices 的 ADuM1xx 和 ADuM2xx。這些器件使用單片空芯變壓器技術(shù)在隔離柵上實(shí)現(xiàn)電感耦合，并已被證明對(duì)大瞬態(tài)威脅具有魯棒性。這些設(shè)備的許多版本包括具有一到五個(gè)通道和雙向通道的設(shè)備。

這些器件可以通過(guò)所需的輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)以 DC 至 150 MHz 的速率運(yùn)行，并且具有低至 10 ns 的傳播延遲。它們提供高達(dá) 16 kVpk 的浪涌瞬變抗擾度和 100 kV/μs 的共模瞬變抗擾度。電源電壓范圍為 1.7 至 5.5 V。靜態(tài)電源電流低至 2.2 mA，總動(dòng)態(tài)電流為 0.03 mA/Mbits/s。封裝小至 8 引腳 SOIC，價(jià)格低至 0.88 美元/1,000 片。

審核編輯 黃昊宇