TI首款隔离式CAN收发器背后的秘密

　　“CAN(控制器区域网络) 收发器并不是新鲜概念，但是集成了隔离功能就不一样了，”在7月17日，德州仪器（TI）ISO1050的新品发布会上，其模拟器件事业部业务拓展工程师王胜如是说。

　　其实，早在2006年，TI就已经推出了首款片上电容式数字隔离器——ISO72x 系列，当时，该系列器件集成的片上电容可实现更快速的数据传输和更高的信号完整性，其抗磁干扰能力比电感耦合器至少提高6倍，且功耗较高性能光学耦合器降低了 60%。

　　此次TI宣布推出的首款隔离式CAN 收发器 —ISO1050就集成了上文提及的电容式隔离技术，不仅将所需组件减少一半以上，而且还简化了工业自动化、电机控制以及医疗设备的电路板设计。此外，还将回路时间减少了34%，使得设计人员能够采用比其它常用隔离式 CAN 解决方案更长的网络线缆。

　　与光耦相比，ISO1050 可将系统级功耗降低 38%。6.1 毫米宽体封装可将板级空间缩小 30%，满足高电压应用对最小间隙的需求。此外，超低的电磁干扰 (EME) 可支持工业传感器等高灵敏度模拟应用。

　　此外，该器件还具备：
　　－TI 隔离器电容技术可实现4000 V 的电隔离以及超过 25 年的预期使用寿命；
　　－符合 ISO 11898 标准要求；
　　－符合 DeviceNet 以及 CAN 定时要求；
　　－介于 –55℃ 至 105℃ 之间的宽泛温度范围能满足各种工业应用的需求；
　　－客户可通过电源隔离 (DCR010505) 以及 Piccolo、DelfinoTM  与  Stellaris微处理器系列等兼容型 TI器件加速产品上市进程。

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　　背后的秘密：

　　ISO1050性能的创新更多源于电容式数字隔离技术。数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线级中。使用隔离电路的首要原因是为了消除噪声、保护器件(也可能是人)免受高电压的危害。随着工业网络对低成本、时间关键性以及鲁棒性的多方面需求，基于光学、电感以及电容耦合技术的数字隔离解决方案应运而生。

　　王胜在会上介绍的电容式数字隔离技术，就是其中一种。电容耦合使用不断变化的电场来通过隔离层实现信息传输。电容器极板之间的材料是电介质绝缘体，即隔离层。电极板的大小、板间距离以及电介质材料决定了电气特性。采用电容隔离层的优势是效率高，无论在体积、能量转换还是在抗磁场干扰方面均如此。这种高效特性使得实现低功耗及低成本的集成式隔离电路成为可能。抗干扰性则使得器件可以在饱和或密集磁场环境下工作。

　　然而，其缺点在于无差分信号，并且噪声与信号共用同一条传输通道。这就要求信号频率应远高于可能出现的噪声频率，以便使隔离层电容对信号呈现低阻抗而对噪声呈现高阻抗，同时还存在带宽限制，并需要时钟编码数据。

　　如同电容耦合一样，电感耦合也存在带宽限制。与电容耦合相比，电感耦合有较长的应用历史，但通常仅用于电源或模拟隔离器，而非数字器件。电感耦合使用不断变化的磁场来通过隔离层实现通信。电感耦合的优势是可以在不明显降低差模信号的情况下最小化变压器的共模噪声，同时信号能量的转换效率极高，因而可以实现低功耗隔离器。缺点是易受外部磁场(噪声)的干扰。

　　与电感耦合一样，光耦合也有较长的历史，长久以来一直用于工业网络，电气层接口的早期参考设计中通常包括光耦合器。光耦合是光线通过空隙等透明非传导屏障进行传播以达到隔离的目的。光耦合的主要优势是，光线具有抗外部电磁场干扰的固有特性，而且光耦合可实现稳态信息的传输。光耦合的不足之处在于速度慢、功耗大并且发光二极管 (LED)易受时间及温度的影响而老化。

　　推动工业网络不断发展的因素是低成本、高速度以及鲁棒性。然而这些改进因素不能以降低隔离等级作为代价。基于光学、电感以及电容耦合技术的数字隔离解决方案在不断发展中探寻着自己的发展方向。据Databeans 2009年6月的调查显示，2009年至2014年，全球模拟接口产品销售收入复合增长率为8%。