ADI院士談iCoupler和isoPower的優勢和研發挑戰

胡夢蝶 王金旺 毛爍

ADI公司的iCoupler和isoPower廣泛用于工業、汽車和醫療等領域，迄今已交付超過2 5億個隔離通道。這兩項技術/產品為何如此成功？研發方面遇到了哪些挑戰？近日，《電子產品世界》記者采訪了一直致力于領導開展這兩項核心產品研發工作的首席技術官陳寶興院士。

據悉，iCoupler是磁隔離技術，基于iCoupler磁隔離技術的數字隔離器是“磁耦”，為信號隔離領域帶來了重大進步，代替了速度慢、功耗高且隨時間推移性能下降的光耦。在iCoupler上市數年后，isoPower問世，特點是芯片級的DC/DC功率轉換器，可以整合到ADI的信號隔離產品中，用來驅動iCoupler磁耦數據通道的副邊，以及為片外負載供電。

小型化、低輻射

問：isoPower和iCoupler用在哪些場合？

答：isoPower廣泛用于工業自動化、能源傳輸和轉換、新能源、汽車等領域。采用isoPower和iCoupler相結合的隔離電源芯片，在提供隔離電源的同時實現了信號通訊隔離，不同的隔離數字通道配置可以實現SPI、UART、12C等通訊接口的隔離。為客戶產品的小型化，縮短設計周期，減少采購成本等方面提供價值。

例如，在工業PLC（可編程控制器）中需要設計多通道溫度測量系統并實現通道之間的隔離，傳統的隔離電源設計會使用占用較大空間的變壓器，而通道間的隔離使得傳統方案占用空間的缺點愈加突出。若采用isoPower技術，僅用一顆集成了數字隔離通道的isoPower芯片就可以完全實現前端ADC供電隔離和SPI通訊隔離，這大大節省了PCB（印制板）面積，減少了物料數量。圖1是16通道路路隔離的溫度測量單元，可見采用了ADI技術之后，每一路只有兩顆芯片和少量被動元件。

問：二者在安全性方面有怎樣的技術考量和表現？

答：iCoupler和isoPower已用于高安全性的工業、汽車和醫療應用，交付超過25億個隔離通道。這些片內變壓器的隔離依賴于堆疊初級繞組和次級繞組之間的厚（大于20μ m）聚酰亞胺層。晶圓級工藝聚酰亞胺層提供超高均勻性以及出色的介電強度和ESD（靜電釋放）性能。isoPower產品可提供增強的隔離性能，其抗浪涌能力大于10kV，并具備5 kVrms Imin UL額定值。

問：相比競品，isoPower的優勢體現在哪里？

答：小型化和低輻射是isoPower的兩大突出優勢。我們已經推出了業界最小的低輻射隔離電源芯片ADuM5028。此外，芯片級隔離電源比模塊化隔離電源帶來了更高的可靠性和一致性。

研發的關鍵是EMl和轉換效率

問：isoPower技術在研發過程中遇到過怎樣的阻礙或瓶頸，未來的發展方向如何？

答：isoPower提供頗具吸引力的集成優點：尺寸小，上市時間快，無需分立式開關、二極管或隔離變壓器。但是，片內變壓器具有低電感和高電阻，因此需要在超高頻下切換。通常，在大約200 MHz的頻率下切換會帶來重大的EMI和效率挑戰。我們的研發團隊需要深入了解EMI測量、EMI模擬方法，并構思出創新設計，將EMI減少20dB以上，且不會影響效率。最新的低EMI isoPower產品為客戶顯著簡化了PCB板設計。

但是，隨著越來越多的客戶要求更加緊湊的隔離集成，對于熱力受限的設計而言，效率變得更加重要。我們正在努力改進變壓器，希望提高電感、降低電阻，從而實現在較低頻率下切換變壓器。這將進一步降低EMI并提高效率。

問：采用isoPower技術后，可否省去額外的EMI抑制電路？

答：為了滿足EN55022 ClassB的輻射要求，新的isoPower芯片只需要在副邊選用兩顆低成本鐵氧體磁珠來阻斷副邊電源上的高頻共模電流，不再需要縫合電容或安規跨接電容。