20、从5G到6G及未来：芯片通信与隔离技术解析

从5G到6G及未来：芯片通信与隔离技术解析

1. 引言

随着5G/6G通信技术的大规模部署、工业4.0的推进以及宽带电力设备的商业化，隔离设备的作用日益凸显。隔离设备，也称为隔离器，能在电隔离介质上提供通信通道，使设备两侧可在不同电源域下运行。在开关模式电源转换系统中，隔离设备有两个主要作用：一是在低压控制器和高压开关之间提供信号传输能力；二是作为安全屏障，将人机界面与电力系统中的高压危险隔离开来。

2. 隔离技术的发展与现状

• 早期隔离设备 ：在交流电力系统主导电力分配的时代，工作在50Hz和60Hz的电力变压器是最早用于不同工作电压域之间的隔离设备，主要用于交流电压缩放以减少长距离输电的功率损耗。后来，出现了由白炽灯和硫化镉等光敏电阻组成的隔离组件，通过灯的亮度变化将线性电压信号传输过通常为空气的电隔离屏障。
• 光学隔离组件
  • LED与光探测器的结合 ：20世纪60年代，发明了基于GaAs（砷化镓）LED发射红外光到硅PN结的隔离组件，这标志着嵌入式信号设备（LED）和探测器设备（光敏PN结二极管，后扩展到硅NPN光电晶体管）的隔离组件的诞生。
  • 信号隔离配置 ：有两种常见的LED和光电二极管配置方式，分别用于数字信号隔离和模拟信号隔离。通过控制LED的发光和处理二极管或光电晶体管的信号，可以实现模拟和数字信号在隔离屏障上的传输。例如，在模拟信号隔离中，使用两个匹配的光电二极管（一个在输入级，一个在输出级）可以大大减少非线性和时间 -