15. 淺談三種主要的隔離技術與特性<一>

一、Pulse-Coding調製解調技術

類似於在一顆晶片左右兩側的微距離上實現無線射頻收發系統，在這樣一個收發系統裡面，其實包括發射機和接收機以及隔離介質三部分。

目前主流架構主要包括Pulse調製架構和OOK調製架構。Pulse架構和OOK調製架構相比的優點是低功耗、低傳輸延遲、高傳輸速率，缺點則是在有干擾信號的時候容易丟碼或增加碼造成傳輸出錯，所以CMTI的能力比較差。

於是市場上就出現了一種需求：既能滿足可靠性高，還要達到低功耗--Pulse-Coding調製解調技術。就是一種這樣的架構，它的原理是採用邊沿編碼技術，對上升沿和下降沿進行編碼，同時在編碼結束之後，會進入休眠狀態，這樣的話就同時克服了抗干擾能力差和功耗低的缺點，同時還集成了一個refresh的技術，確保輸入與輸出在任何狀態下都是一致的。這種架構的CMTI會達到200Kv/uS。

二、增強耐壓技術

我們都知道隔離器的耐壓主要是由其中間絕緣介質的材料來決定的，而現在主流的絕緣材質有三 種：光耦、磁隔、容隔。光耦和磁隔所採用的絕緣介質是聚醯(音:西/xī)亞胺，容隔的絕緣介質是二氧化矽

下圖的表格可以看到，聚醯亞胺特性大約是300伏每微米，二氧化矽的耐壓大約是500伏每微米。同時由於PI也就是聚醯亞胺的製作工藝難度，一般只能做到20um左右，技術較高的話可以做到30um。

二氧化矽的厚度可以達到10~20，乘以2的話能到20~40um，所以容隔的二氧化矽耐壓特性是非常好的，川土微電子的隔離器採用的就是容隔這種架構。容隔還有一個優點，它一般是用兩個隔離電容進行串聯，耐壓就是兩個隔離電容耐壓之和，可以起到雙重保護作用。如果有一個電容出現故障，另外一個電容依舊能作用起到隔離作用。

川土微電子為了實現耐壓增強的技術，從四方面做了工作：

1. 工藝合作開發：川土微電子與一些工廠進行工藝合作開發，提升產品耐壓。
2. 版圖設計：採用圓形電容，實現更高的耐壓。
3. 超強解調電路設計
4. 封裝設計

所謂CMTI-- Common Mode Transient Immunity就是共模瞬態抗擾度，是指瞬態穿過隔離層以破壞驅動器輸出狀態所需的最低上升或下降dV/dt（kV/µs or V/ns，它是指在初級測(Pri)和次級測(Sec.)兩個地之間加入一個快速的擾動，然後看傳輸信號是否出錯，它的關鍵因素是擾動幅度和斜率，幅度一般為1500v，斜率一般是用千伏每微秒的單位來衡量。

川土微電子的CMTI技術包含以下三種：

全差分發射及接收機架構技術：創新的高CMTI接收電路（專利保護）

等效共模輸入阻抗控制技術：實現接收電路共模電平在CMTI情形下仍能夠正常工作

數位濾波技術：以延遲時間或更低的傳輸碼率兌換更優的CMTI性能、CMTI 的值越高越好。

四、低EMI技術

由於越來越多的客戶對EMI都非常關注，川土微電子針對EMI也實現了以下技術：

抖頻技術：將內部時鐘頻率進行展頻，將頻譜能量打散，將能量峰值降低。

晶圓上使用金屬遮罩層：在裸芯的頂層鋪滿金屬，用來遮罩電磁干擾和電場干擾。

Pulse-Coding技術：只在信號邊沿發射編碼脈衝，降低發射能量。

高增益RX電路設計：只需較小隔離電容值，便能正常解調工作，減小共模耦合。

容隔架構：通過電場傳遞信號，相比磁隔通過磁場傳遞信號，輻射天然較小。

五、全集成隔離DC-DC

全集成隔離DC-DC相當於多合一的高度集成的晶片，包括三個部分：隔離電源模組、數字隔離器、數位隔離介面。

這顆集高度集成三合一的產品，能夠將前述三者同時集成到一顆晶片裡面，晶片內部有平面變壓器、隔離器以及介面多顆裸芯合封在一起，將全集成的隔離器晶片的封裝尺寸做到業界最小，裝在一顆SOW16封裝裡。同時轉化效率達到了 53%，這在業界也是非常高的一個指標。

以上，就是川土微電子隔離器的一些核心技術。目前川土微電子的隔離器產品已經廣泛應用於工業控制、電源能源、儀器儀錶、消費電子、汽車電子等多個領域…，未來川土微電子將持續新品研發，以滿足不同客戶需求。