多年来，工业、医疗和其他阻隔体系的规划人员完成安全阻隔的手法有限，仅有合理的挑选是光耦合器。现在，数字阻隔器在功用、尺度、本钱、功率和集成度方面均有优势。了解数字阻隔器三个要害要素的特色及其相互关系，关于正确挑选数字阻隔器十分重要。这三个要素是：绝缘资料、结构和数据传输办法。
规划人员之所以引进阻隔，是为了满意安全法规或许下降接地环路的噪声等。电流阻隔保证数据传输不是经过电气衔接或走漏途径，然后防止安全危险。但是，阻隔会带来推迟、功耗、本钱和尺度等方面的约束。数字阻隔器的方针是在尽可能减小晦气影响的一起满意安全要求。
传统阻隔器——光耦合器则会带来十分大的晦气影响。它们的功耗极高，而且数据速率低于1Mbps。尽管存在更高功率和更高速度的光耦合器，但其本钱也更高。
数字阻隔器面世于10多年前，意图是下降光耦合器相关的晦气影响。数字阻隔器选用依据CMOS的电路，能够明显节约本钱和功耗，一起大大进步数据速率。数字阻隔器由上述要素界定。绝缘资料决议其固有的阻隔才能，所选资料有必要契合安全规范。结构和数据传输办法的挑选应以战胜上述晦气影响为意图。一切三个要素有必要互相合作以平衡规划方针，但有一个方针有必要不折不扣地完成，那就是契合安全法规。
绝缘资料
数字阻隔器选用晶圆CMOS工艺制作，仅限于常用的晶圆资料。非规范资料会使出产杂乱化，导致可制作性变差且本钱进步。常用的绝缘资料包含聚合物(如聚酰亚胺PI，它能够旋涂成薄膜)和二氧化硅(SiO2)。二者均具有众所周知的绝缘特性，而且已经在规范半导体工艺中运用多年。聚合物是许多光耦合器的根底，作为高压绝缘体具有悠长的前史。
安全规范一般规则1分钟耐压额定值(典型值2.5kVrms至5kVrms)和作业电压(典型值125Vrms至400Vrms)。某些规范也会规则更短的继续时间、更高的电压(如10kV峰值并继续50μs)作为增强绝缘认证的一部分要求。依据聚合物/聚酰亚胺的阻隔器可供给最佳的阻隔特性，如表1所示。
表1：阻隔特性
依据聚酰亚胺的数字阻隔器与光耦合器类似，在典型作业电压时寿数更长。依据SiO2的阻隔器对浪涌的防护才能相对较弱，不能用于医疗和其他运用。
各种薄膜的固有应力也不相同。聚酰亚胺薄膜的应力低于SiO2薄膜，能够依据需求添加厚度。SiO2薄膜的厚度有限，因而阻隔才能也会受限；超越15μm时，应力可能会导致晶圆在加工过程中开裂，或许在运用期间分层。依据聚酰亚胺的数字阻隔器能够运用厚达26μm的阻隔层。
阻隔器结构
数字阻隔器运用变压器或电容将数据以磁性办法或容性办法耦合到阻隔栅的另一端，光耦合器则是运用LED宣布的光。
如图1所示，变压器电流脉冲经过一个线圈，构成一个很小的部分磁场，然后在另一个线圈生成感应电流。电流脉冲很短(1ns)，因而均匀电流很低。
图1.(a)带厚聚酰亚胺绝缘层的互感器，电流脉冲发生磁场，在另一个线圈中感生电流；(b)带薄SiO2绝缘层的电容，运用低电流电场将数据耦合到阻隔栅的另一端。
互感器选用差分衔接，供给高达100kV/μs的超卓共模瞬变抗扰度(光耦合器一般约为15kV/μs)。磁性耦合对变压器线圈间间隔的灵敏性也弱于容性耦合对板间间隔的依赖性，因而，变压器线圈之间的绝缘层能够更厚，然后取得更高的阻隔才能。结合聚酰亚胺薄膜的低应力特性，运用聚酰亚胺的变压器比运用SiO2的电容更简略完成高档阻隔功用。
电容为单端衔接，更简略受共模瞬变影响。尽管能够用差分电容对来补偿，但这会增大尺度并进步本钱。
除全体功用外，运用该变压器还有其他优点：它们支撑集成阻隔电源。ADI的isoPower技能集成带数据阻隔功用的阻隔式DC-DC转换器，可创立完好的阻隔解决计划。究竟，变压器是阻隔式DC-DC转换器的要害元件。依据电容或依据LED的阻隔器无法完成这类解决计划。
数据传输办法
光耦合器运用LED宣布的光将数据跨过阻隔栅传输——LED点亮时表明逻辑高电平，平息时表明逻辑低电平。当LED点亮时，光耦合器需求耗费电能；关于重视功耗的运用，光耦合器不是一个好的挑选。大都光耦合器将输入端和/或输出端的信号调度留给规划人员完成，而这并不一定是十分简略的作业。
数字阻隔器运用更先进的电路来编码宽和码数据，支撑更快的数据传输速度，能够处理USB和I2C等杂乱的双向接口。
一种办法是将上升沿和下降沿编码为双脉冲或单脉冲，以驱动变压器(图2)。这些脉冲在副边解码为上升沿或下降沿。这种办法的功耗比光耦合器低10倍到100倍，由于不像光耦合器，功率无需接连供给给器材。器材中能够包含改写电路，以便定时更新直流电平。
图2.一种数据传输办法是将边缘编码为单脉冲或双脉冲
另一种办法是运用RF调制信号，其运用办法与光耦合器运用光的办法十分类似：逻辑高电平信号将引起接连RF传输。一般将其称为“开关”计划。此计划的优势是它能够更快地跨过阻隔栅传输数据；但颤动有时会是个问题。此外，开关计划的功耗高于脉冲办法，由于逻辑高电平信号需求继续耗费电能。选用脉冲办法，则功耗能够下降至1μW的最低水平，这是其他办法所不能比较的。
也能够选用差分技能来供给共模按捺，不过，这些技能最好合作互感器等差分元件运用。
挑选正确的组合
数字阻隔器在尺度、速度、功耗、易用性和可靠性方面具有光耦合器所无法比较的巨大优势。在数字阻隔器范畴，不同的绝缘资料、结构和数据传输办法组合造就不同的产品，而不同的产品合适不同的详细运用。如上所述，依据聚合物的资料供给最鲁棒的阻隔才能，这种资料简直合适一切运用，但医疗保健和重工业设备等要求最严厉的运用获益最大。为了完成最鲁棒的阻隔，聚酰亚胺厚度能够超越对电容而言的合理厚度；因而，依据%&&&&&%的阻隔最合适不需求安全阻隔的功用阻隔运用。在这种情况下，依据变压器的阻隔可能是最合理的，特别是结合差分数据传输办法，以便充分运用变压器的差分特性。
图3.不同的阻隔器特性组合导致不同的品质因数。有一点是毫无疑问的：光耦合器远不如数字阻隔器。
尽管每一位规划人员都会挑选最合适其运用、具有恰当平衡特性的阻隔器，但有三个参数是十分重要的：时序、功耗，当然还有阻隔。为了对不同的技能进行评价，考虑图3中的景象。图中选用的品质因数依据时序/阻隔才能，然后依据功耗绘出曲线。在这种情况下，咱们挑选了浪涌耐受阈值(2μs上升时间和50μs下降时间的高压脉冲，用来树立加强型阻隔的适用性)来丈量阻隔才能。功耗表明1Mbps数据速率下每通道的最大功耗，单位是mW；咱们选用1Mbps作为代表性的速率，由于大部分功耗灵敏型运用作业在中等数据速率下。关于时序而言，咱们关怀信号跨过阻隔栅传输的总时序推迟。因而，它不只包含传达推迟，还包含颤动和输出上升与下降时间。
定论
ADI公司在开发其数字阻隔技能时，考虑了数字阻隔四要素的各不同之处，并要点重视绝缘资料、阻隔元件以及跨过阻隔栅传输数据的办法。ADI公司的中心iCoupler技能依据聚酰亚胺绝缘和芯片级变压器，由于这种组合可供给极佳的灵活性，不只能集成其他功用(如阻隔电源)，还答应运用不同的数据传输办法。ADI将近14年来一直选用的脉冲办法仍然可供给超卓的能效和时序功用，一起保存选用其他具有本身优势的办法的可能性。一切这一切均可在不献身阻隔才能的前提下完成，这是规划人员运用阻隔器的首要原因。
