TI ISOW-ADAPTOR-EVM数字隔离器评估模块测评_视频

现如今，各种解决方案都将直流/直流转换器与微型变压器以及信号隔离通道集成在一个封装中。此类解决方案解决了系统工程师面临的几个设计难题，比如减少电路板面积。单芯片解决方案的第一个优势是减少了电路板面积。功率计、变压器、整流二极管、隔离反馈和数字化数据隔离通道都被集成在同一器件中，因此解决方案的尺寸显著减小。数字隔离器的封装尺寸取决于隔离等级、爬电距离和间隙，因此可将这些额外的组件装入同一封装中，从而形成一个紧凑的解决方案。数字隔离器是电子系统中数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。

板卡介绍

本期给大家介绍一款又德州仪器推出的参考设计ISOW-ADAPTOR-EVM数字隔离器评估板。

ISOW-ADAPTOR-EVM是一款便于评估集成DC-DC转换器的四通道数字隔离器ISOW774系列芯片，采用20引脚WB SOIC封装，这款评估板适用于ISOW774x和ISOW784x系列芯片。

板卡尺寸仅为33*22mm，由防静电袋包装，十分简洁。

板卡为双层板设计，可以看到电路布局还是相当优雅的。底部为2*8排针方便用户测试功能。这款板卡的贴片排针设计也方便用户将其直接部署到自己应用上，十分方便快捷，省去模块验证测试时间，缩短了研发周期。

ISOW774系列数字隔离器主要亮点如下：

高性能，集成高效率、低辐射DC-DC转换器，5000-VRMS增强型四通道数字隔离器
独立的IO和DC/DC 电源输入，最高输出功率可达55w
宽输入电压范围，可兼容7v-5.5v电平输入
高通信速率最高可达到100Mbps
符合 CISPR 32 B 类辐射排放限制

安全认证

符合 DIN VDE V 0884-11:2017-01 标准的 VDE 增强型和基础型绝缘
UL 1577 组件认证计划
IEC 62368-1、IEC 61010-1、IEC 60601-1 和GB 4943.1-2011 认证

这使得该款器件可以应用在如工业自动化，电机控制，电网基础设施，医疗设备，等相关应用产品中，为用户设备提供高可靠性的保护。

ISOW774X主要有两种型号一种是ISOW774XF另一种为ISOW774XB。

ISOW774xF属于增强型保护，主要在浪涌电压等级上高于ISOW774XB。

原理图解析

内部简化原理图

整体架构分为两大部分，一部分为数据收发，另一部分为电源转换系统。

模块原理图

如图展示了该板卡的设计原理图，可以看到电路设计是十分简洁但是高效的，电路上设计了包括软启动来限制浪涌电流、过压和欠压锁定、EN/FLT引脚上的故障检测、过载和短路保护以及热关机，并提供了铁氧体磁珠以进一步衰减EMI。

器件型号的最后一位数字表示反向通道的数量。例如，ISOW7740有4个正向通道和0个反向通道，而ISOW7743将有1个正向通道和3个反向通道。如果输入信号丢失，则不具有F 后缀的ISOW77xx器件默认输出高电平，具有F后缀的ISOW77xx器件默认输出低电平。通过在PCB上将VIO和VDD连接在一起，ISOW774x可在3V至5.5V的单一电源下运行。如果需要较低的逻辑电平，这些器件支持1.71V至5.5V逻辑电源（VIO），该电源独立于3V至 5.5V的电源转换器电源（VDD）。VISOIN和VISOOUT需要通过铁氧体磁珠或通过LDO 馈电连接到电路板。这些器件有助于防止数据总线（例如UART、SPI、RS-485、RS-232 和 CAN），或者其他电路上的噪声电流进入本地接地以及干扰或损坏敏感电路。通过创新的芯片设计和布线技术，该器件的电磁兼容性得到了显著增强，可缓解系统级ESD、EFT、浪涌和辐射合规性。

如图是几款不同器件的引脚说明。

上电测试

输入电压5.0V 输出电压3.3V

通信测试

本次测试环境为使用Jlink v10下载器，向STM32F407下载100k固件，以测试平均下载速度。

硬件：

STM32F407IGH6
Jlink v10
ISOW7844双向数字隔离器

软件驱动：

Jlink V780d
win11
EIDE
VScode

接线按照如图所示接线

经过多次测试下载速度稳定在508KB/S，满足了日常下载器下载调试场景，不会因为器件本身导致下载调试速度降低。

高速率数据传输测试

此数据隔离器理论速度大约为12.5MB/s。为了测试出该器件的极限带宽，我们使用SPI总线来测试极限速度。

按照如图接线

本次测试使用BMI088 SPI总线读取数据，总线速度调整为12.5MB/s。

CubeMX配置SPI总线速度为12.5Mbit/s，满足100Mbps的最大数据速率。

从视频中可以看到BMI088数据流畅读出，没有出现读取失败的情况，可以说明该器件在100Mbps的工况下可以稳定正常工作。

小结

经过以上两个实际测试表现来看ISOW7841可以满足绝大多数数据隔离场景需求，包括高速率数据传输以及强电弱点隔离。

其他典型设计分析

RS485隔离

在ISOW7741的设计手册中，还给出了一个利用ISO7741和THVD1410分立实现隔离式RS-485总线。适用于常规工业生产环境下的数据隔离需要。

在该解决方案中，启用（RE、DE）、发送（D）和接收（R）信号通过MCU和RS-485收发器之间的数字隔离器进行隔离。如上图，展示了这种解决方案的一个示例，其中采用了 ISO7741和一个RS-485收发器。分立式解决方案的一项主要优势是能够灵活地为特定应用选择理想收发器。

CAN信号隔离

随着信号隔离在许多工业和汽车应用中的使用增加，对隔离电源的需求也增加了。一旦隔离栅任一侧的电源短路，隔离带来的好处就会丧失。同时，如果设计隔离电源子系统时不考虑仔细，则会影响整体系统性能，如电源传输效率低导致的温升、辐射导致的数据损坏。

如上图所示为隔离式CAN子系统的分立式信号和电源隔离方案的示例。隔离式CAN功能是通过一个数字隔离器ISO7721以及一个带灵活数据速率和故障保护的CAN收发器 TCAN1042H来实现的，其中数字隔离器在每个方向为发送（TXD）和接收（RXD）信号提供一个通道。

该解决方案的优势：

采用外部变压器，功率传输效率更高（约 70% 至 80%）。
通过降低变压器驱动器的开关频率，尽可能减少辐射。
可灵活使用任何 CAN 收发器或数字隔离器或单片隔离式 CAN。
隔离式电源能够为多个隔离式 CAN 收发器提供电流。

总结

ISOW774X系列数字隔离器是一款高性能高性价比的数字信号隔离方案，使用德州仪器（TI）最新开发的制造工艺，可在电容电路中提供增强的信号隔离，相比其他方案具有高可靠性、高性价比以及高冗余性的安全保障，搭配TI其他通信电平转换芯片可以实现RS-485、CAN、I2C、SPI等常见通信信号的数字隔离，应用面十分广阔，同时其高可靠性和完全集成的信号与电源隔离还可用于医疗电子，等对可靠性或者体积要求十分高的场合。