半导体技术的进步不断压缩了电路的尺寸。今天,笔记本电脑可以实现曾经存放在大房间里的大型计算机性能。集成电路的集成度已达到单芯片数亿晶体管的规模。然而,半导体技术似乎总是有几个诅咒难以打破,包括电容、电感、光耦合、变压器等无源设备集成没有明显突破,特别是大型但广泛使用变压器已成为开关电源设计工程师的噩梦,大尺寸、高功耗、EMI辐射、纹波……各种约束如影随形。
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作为高性能模拟技术提供商,AD它一直试图突破这些阻碍模拟技术进步的魔障iCoupler磁隔离技术将传统变压器与标准半导体制造工艺相结合,将传统的磁芯机械变压器片上化,具有高带宽、低电感、高阻抗等优点。AD公司利用微变压器设计经验开发芯片级DC-DC功率转换器isoPower系列。最近,AD再次发布 系列新产品将产品的关键性能EMI指标实现“大跃进”,磁隔离在传统性能优势上进一步解决了过去EMI实现鱼与熊掌兼得的目标。
隔离电源EMI辐射示意框图
第二代革命性电力架构克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服克服EMI短板
AD经过近20年的发展,最初的产品是信号隔离。磁隔离的特点是基于该技术,它含有全能量AD多年后,内置变压器的芯片级电源隔离产品推出,与普通芯片一样,在纯工厂生产,而不是传统的分散机械元件。
第二代技术满足了无线电干扰的特点CISPR 22/EN 55022 B类辐射标准
第一代技术尺寸特别小,但缺点也很明显——EMI不太好,辐射比较大。由于芯片级的线圈尺寸很小,其工作频率特别高。当数百兆的工作频率将能量传递到隔离带时,必须辐射一些共模信号或噪声。” AD数字隔离器产品部经理陈杰在一次演讲中说。过去AD工程师还纠正了这些问题。例如,建议在隔离芯片的两端连接安全电容器,或使用四层PCB内层应重叠形成电容特性,从而提供低阻抗反馈路径来抑制EMI。
但很明显,这两种方法或多或少会给客户带来麻烦。因此,我们的研发团队一直在努力克服这个问题,我们的第二代产品已经成功地从芯片本身解决了这个问题EMI的问题。陈捷解释道。第二代产品在线圈设计上做了一些改进,对称性更好,频谱增加了扩频,扩大了原频谱工作频率的峰值。我们可以看到这是一个单点的尖峰。现在我们通过扩频来扩展它,降低能量。”陈捷指出,新的指标可以轻松达到Class A、Class B辐射标准。使用第二代技术不需要任何跨接电容处理,只能使用两层PCB在输出端添加两个磁珠和两个电容器。陈捷说。
100mA时使AD一级代理用2层PCB:准峰值满足CISPR 22 B类标准,915MHz时裕量为-5.1dBμV
陈捷口中的第二代产品是AD最近宣布推出新一代增强隔离电源转换器ADuM5020/6020和ADuM5028/6028系列可使系统满意EN 55022/CISPR 22 B类电磁干扰标准的要求不需要在应用层面使用高成本EMI抑制技术可以简化EMI降低设计成本,缩短设计时间,认证过程。AD将隔离产品断代的关键参考指标放在EMI就特点而言,在十多年前推出第一代隔离电源后AD一系列新产品陆续推出,但因为在EMI第一代产品没有做太多的优化。随着行业对EMI对特关注度越来越高,AD几十人花了两年时间完成了从研发到工艺、包装和测试的新一代低成本EMI产品研发。
在一体化趋势下,通道隔离需求再上台阶
电力隔离一体化的趋势已经形成。在新能源汽车、工业控制、仪器、医疗等行业,越来越多的渠道需要高集成度的隔离。例如,当我们看到一些温度采样设备时,它可能在一个板上有8个通道和8个通道ADC,要给这个ADC隔离、信号和电源,使用我们的隔离芯片特别方便。”陈捷指出,“现在有些高端产品就是要求每个通道之间都要隔离,它不能共用隔离电源。仪器行业的小型化趋势也促进了对综合隔离电源需求的增加,甚至对一些便携式医疗设备也开始提出更高的隔离性能需求。
简化两层PCB布局的ADuM5020/ADuM5028评估板
比如医疗会有更高的隔离等级标准,ADuM6000系列以及ADuM6020隔离等级较高。此外,汽车应用程序对辐射的要求也越来越高,因此我们希望进一步抑制辐射能量,并有更多的产量。”陈捷表示,“我们还做了一个更小的SO8包装是业内最小的隔离电源解决方案。此外,由于该技术的输出功率不是很大,虽然目前的500毫瓦可以满足许多应用程序,但在未来AD它可能会发展到更大的输出功率。”
磁隔离继续走强,成功挑战光耦传统市场
光耦合作为最传统的隔离方式,在市场上已经应用了50多年,在许多场合仍占据主流应用。AD第二代隔离电源突破EMI的最大掣肘是否能在隔离电源大展拳脚、攻城略地?隔离应用通常与安全和产品性能认证直接相关,导致市场对新技术采用保守,新产品和技术的市场渗透和切换将比其他产品慢,这是市场的特点。陈捷说。
然而,近年来光耦的显著缺点为新型隔离技术提供了切入点,特别是与磁隔离相比,最大的问题之一是集成度差。特别是多通道隔离时间耦合技术不能单独实现,必须是一个通道和一个装置,数字磁隔离可以在一个包装中放置3、4甚至6个通道。陈捷指出。事实上,电源隔离也面临着这样的技术差异,特别是光不能传递电源能量,而磁隔离可以。就技术本身而言,它的应用更加灵活和集成。
未来数字隔离器的市场份额将进一步扩大,光耦市场将萎缩。但数字隔离器不能完全取代光耦,因为光耦在低成本、低速场合有其优点。陈捷坦言。据他说,在1MBPS在以下应用中,光耦的价格与其通信速度呈指数相关,如1M甚至10MBPS以上价格远高于数字隔离,但低速时成本很低。因此,一定有一些市场不会接触数字隔离器,但未来的发展趋势必须越来越快,因此新的增长点和新的市场数字隔离器的优势越来越明显。陈捷说。
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