21、跨越电流隔离屏障的芯片间通信技术解析

跨越电流隔离屏障的芯片间通信技术解析

1. 电流隔离下的芯片间通信技术概述

在芯片间通信领域，电流隔离技术至关重要。它能有效防止不同电路之间的电气干扰，保障信号传输的稳定性和准确性。目前主要有光耦合器、磁隔离器和电容隔离器这几种常见的隔离方式。

2. 光耦合器技术解析

• 工作原理 ：现今多数隔离组件采用NRZ信号方案，将数据从隔离屏障的初级端传输到次级端。以光耦合器为例，其信号方法对发射端LED照射到探测器光电二极管的辐照度很敏感，会产生成比例的电流，经放大和阈值检测后恢复为逻辑电平。通常，光耦合器内部使用的LED处于710 - 940 nm的近红外范围内。
• 性能局限 ：
  • 速率限制 ：当前光耦合器的信号速率一般能从直流达到约25兆波特（MBd）。超过这个速率，通信性能会受到数据延迟和不同通信通道间时序偏差的影响。
  • 功率需求 ：由于LED本质上是电流模式设备，要实现高速运行，需要更高的发射电流来克服LED的结电容（范围在11 - 30 pF甚至更高），这会导致功率消耗大幅增加。
  • 电压限制 ：随着集成电路供电电压的不断降低，LED的正向电压成为一个关键限制因素。对于720 - 940 nm的LED，其正向电压在1.2 - 1.6 V之间，使用简单电阻配置驱动光耦合器输入时，输入信号至少需要2.5 V。而随着MCU供电电压因更小几何尺寸的硅工艺而降低，驱动LED所需的最小电