ADuM3440/ADuM3441/ADuM3442:四通道高速数字隔离器

特征

●低功率运行

●5V操作

-0 Mbps至2 Mbps时每个通道最大1.7 mA

-150 Mbps时每个通道最大68 mA

●3.3V操作

-0 Mbps至2 Mbps时每个通道最大1.0 mA

-150 Mbps时每个通道最大33 mA

●双向通信

●3.3 V/5 V电平转换

●高温操作：105°C

●高数据速率：直流至150 Mbps（NRZ）

●精确的定时特性

-最大脉宽失真为5ns

-最大信道间匹配为5ns

-高共模瞬态抗扰度：>25 kV/μs

●输出启用功能

●16引脚SOIC宽体封装

●安全和监管批准

●UL认证：根据UL 1577，2500 V rms持续1分钟

●CSA组件验收通知#5A

●VDE合格证书

●2006年12月，德国国防部电视台电视台0884-10（VDE电视台0884-10）

●VIORM=560 V峰值

应用

●高速多通道隔离

●SPI接口/数据转换器隔离

●仪表

一般说明

ADuM344x1是基于ADI公司iCoupler®技术的四通道数字隔离器，支持高达150 Mbps的数据速率。这些隔离元件结合了高速CMOS和单片空芯变压器技术，提供了优于光耦合器等替代品的出色性能特性。

通过避免使用LED和光电二极管，iCoupler器件消除了通常与光耦合器相关的设计困难。典型的光耦合器涉及某些电流传输比、非线性传输函数以及温度和寿命效应，通过简单的iCoupler数字接口和稳定的性能特性消除了这些问题。这些iCoupler产品消除了对外部驱动器和其他分立元件的需求。

此外，iCoupler器件在相当的信号数据速率下消耗的功率是光耦合器的十分之一到六分之一。

ADuM344x隔离器在各种通道配置中提供四个独立的隔离通道（请参阅订购指南）。ADuM344x的工作电压范围为3.0V至5.5V，可与较低电压系统兼容，并实现跨隔离屏障的电压转换功能。此外，ADuM344x还提供低脉宽失真和紧密的通道间匹配。与其他光耦合器替代品不同，ADuM344x隔离器具有专利刷新功能，可确保在没有输入逻辑转换的情况下以及在加电/降电状态下的直流正确性。

应用程序信息

PC板布局

ADuM344x数字隔离器不需要逻辑接口的外部接口电路。强烈建议在输入和输出电源引脚处绕过电源（见图1）。旁路电容器最方便地连接在VDD1的引脚1和引脚2之间，以及VDD2的引脚15和引脚16之间。电容值应在0.01μF和0.1μF之间。电容器两端和输入电源引脚之间的总引线长度不应超过20毫米。应考虑引脚1和引脚8之间以及引脚9和引脚16之间的旁路，除非每个封装侧的接地对靠近封装连接。

图1:推荐的印刷电路板布局

在涉及高共模瞬态的应用中，应注意确保跨隔离势垒的板耦合最小化。此外，电路板布局的设计应确保任何发生的耦合都会同等影响给定组件侧的所有引脚。如果不能确保这一点，可能会导致引脚之间的电压差超过设备的绝对最大额定值，从而导致闭锁或永久损坏。电路板布局指南见AN-1109应用说明。

传播延迟相关参数

传播延迟是一个参数，描述逻辑信号在组件中传播所需的时间。向逻辑低输出的传播延迟可能与向逻辑高输出的传播延时不同。

图2:传播延迟参数

脉冲宽度失真是这两个传播延迟值之间的最大差值，表明输入信号的定时保持得有多准确。

信道间匹配是指单个ADuM344x组件内信道之间传播延迟的最大差异。

传播延迟偏差是指在相同条件下运行的多个ADuM344x组件之间传播延迟的最大差异。

系统级ESD的考虑和增强

系统级ESD可靠性（例如，根据IEC 61000-4-x）高度依赖于系统设计，系统设计因应用而异。ADuM344x集成了许多增强功能，使ESD可靠性对系统设计的依赖性降低。增强功能包括以下内容：

◆所有输入/输出接口都添加了ESD保护单元。

◆通过使用更宽的几何形状和使线路与通孔平行，降低了关键金属迹线电阻。

◆通过在PMOS和NMOS器件之间使用保护和隔离技术，CMOS器件中固有的SCR效应被最小化。

◆在金属迹线上使用45°角消除高电场集中区域。

◆通过在每个电源引脚与其各自的接地之间使用更大的ESD箝位来防止电源引脚过电压。

虽然ADuM344x提高了系统级ESD的可靠性，但它们不能替代稳健的系统级设计。有关板布局和系统级设计的详细建议，请参阅AN-793应用说明，iCoupler隔离产品的ESD/锁存注意事项。

直流正确性和磁场抗扰性

隔离器输入端的正负逻辑转换导致窄脉冲（~1ns）通过变压器发送到解码器。解码器是双稳态的，因此，通过脉冲设置或重置，指示输入逻辑转换。在输入端没有逻辑转换超过1 us的情况下，会发送一组指示正确输入状态的周期性刷新脉冲，以确保输出端的直流正确性。如果解码器没有接收到超过约5us的内部脉冲，则认为输入侧未通电或无功能，在这种情况下，看门狗定时器电路将隔离器输出强制为默认状态（见绝对最大额定值部分）。

ADuM344x的磁场抗扰度的限制是由变压器接收线圈中的感应电压足够大以错误设置或重置解码器的条件设定的。以下分析定义了发生这种情况的条件。对ADuM344x的3 V操作条件进行了检查，因为它代表了最易受影响的操作模式。

变压器输出端的脉冲幅度大于1.0V。解码器的感测阈值约为0.5V，从而建立了0.5V的容限，在该容限内可以容忍感应电压。

接收线圈两端感应的电压由下式给出：

式中：β为磁通密度（高斯）。N是接收线圈的匝数。rn是接收线圈第N匝的半径（cm）。

考虑到ADuM344x中接收线圈的几何形状，以及解码器处感应电压最多为0.5 V裕度的50%的要求，最大允许磁场的计算如图3所示。

图3:最大允许外部磁通密度

例如，在1 MHz的磁场频率下，0.2 kgauss的最大允许磁场在接收线圈处感应出0.25 V的电压。这大约是感测阈值的50%，不会导致错误的输出转换。同样，如果在传输脉冲期间发生此类事件（并且极性最差），它将把接收到的脉冲从>1.0V降低到0.75V，仍然远高于解码器的0.5V感测阈值。

上述磁通密度值对应于距离ADuM344x变压器给定距离处的特定电流大小。图4将这些允许的电流幅度表示为选定距离的频率函数。如图所示，ADuM344x具有极强的免疫力，只能受到非常接近组件的高频下运行的极大电流的影响。对于所述的1 MHz示例，必须在距离ADuM344x 5 mm处放置0.5 kA的电流才能影响组件的运行。

图4:各种电流对DuM344x间距的最大允许电流

请注意，在强磁场和高频的组合下，印刷电路板迹线形成的任何环路都会感应出足够大的误差电压，以触发后续电路的阈值。在布局此类迹线时应注意避免这种可能性。

功耗

ADuM344xisolator给定通道的电源电流是电源电压、通道数据速率和通道输出负载的函数。

对于每个输入通道，电源电流由下式给出：

对于每个输出通道，电源电流由下式给出：

其中：IDDI（D）、IDDO（D）是每个通道的输入和输出动态电源电流（mA/Mbps）。CL是输出负载电容（pF）。VDDO是输出电源电压（V）。f是输入逻辑信号频率（MHz）；它是以Mbps为单位表示的输入数据速率的一半。fr是输入级刷新率（Mbps）。IDDI（Q）、IDDO（Q）是指定的输入和输出静态供电电流（mA）。

为了计算VDD1和VDD2的总电源电流，计算并合计与VDD1和VDD2对应的每个输入和输出通道的电源电流。

绝缘寿命

当在足够长的时间内受到电压应力时，所有绝缘结构最终都会破裂。绝缘劣化速率取决于施加在绝缘上的电压波形的特性。除了监管机构进行的测试外，ADI公司还进行了一系列广泛的评估，以确定ADuM344x内绝缘结构的寿命。

ADI公司使用高于额定连续工作电压的电压水平进行加速寿命测试。确定了几种操作条件下的加速系数。这些因素允许计算实际工作电压下的故障时间。图20所示的值总结了双极交流运行条件下50年使用寿命的峰值电压，以及CSA/VDE批准的最大工作电压。在许多情况下，批准的工作电压高于50年的使用寿命电压。在某些情况下，在这些高工作电压下运行会导致绝缘寿命缩短。

ADuM344x的绝缘寿命取决于施加在隔离势垒上的电压波形类型。iCoupler绝缘结构根据波形是双极交流、单极交流还是直流而以不同的速率退化。图5、图6和图7显示了这些不同的隔离电压波形。

双极性交流电压是最严格的环境。在交流双极条件下50年工作寿命的目标决定了ADI公司推荐的最大工作电压。

在单极交流或直流电压的情况下，绝缘上的应力显著降低，这允许在更高的工作电压下运行，同时仍能实现50年的使用寿命。如果电压符合单极交流或直流电压情况，则可以在保持50年最低寿命的同时施加表10中列出的工作电压。任何不符合图6或图7的交叉绝缘电压波形都应被视为双极交流波形，其峰值电压应限制在表10中列出的50年寿命电压值。

请注意，图5中显示的电压仅出于说明目的而显示为正弦曲线。它表示在0V和某个极限值之间变化的任何电压波形。限制值可以是正的或负的，但电压不能超过0V。