3 什么是光耦仿真器？

德州仪器 (TI) 的光耦仿真器融合了传统光耦合器的行为和 TI 基于 SiO₂ 的隔离技术。如 图 3-1 所示，光耦仿真器与业内最常见的光耦合器引脚对引脚兼容，有助于无缝集成到现有设计中，同时提供相同的输入和输出信号行为。

图 3-1 是 TI 光耦仿真器的横截面图，其中展示了包含输入、隔离和输出电路的三个裸片。

表 3-1 比较了光耦合器中通常使用的各种不同绝缘材料与 TI 光耦仿真器中所用的 SiO₂ 的介电强度。光耦仿真器具有更出色的高电压能力，因此非常适合需要稳健隔离的应用。TI 的光耦仿真器采用 SiO₂ 作为绝缘栅，其介电强度远高于市场上许多光耦合器中使用的空气和材料。要详细了解 TI SiO₂ 技术及其可靠性，请参阅利用可靠且性价比高的隔离技术应对高压设计挑战。

TI 的光耦仿真器在输入引脚上复制 LED 的行为，因此输入电路的信号传输和电气参数与光耦合器类似。但是，光耦仿真器内部没有实际的 LED，这带来了以下几个优势：

1. 由于光耦仿真器内部没有用于信号传输的 LED，也没有会随时间的推移而变得浑浊或变黄的透明绝缘材料，因此使用 TI 的光耦仿真器时，不需要额外的功率来像光耦合器那样在其整个使用寿命内补偿这种性能下降。由于光耦仿真器不使用 LED 传输信号，因此这种过裕度设计做法并不适用。TI 光耦仿真器的信号传输、功耗和其他运行参数都是针对其整个使用寿命指定的，并且已经考虑了工艺、电压和温度变化。
2. ISOM871x 系列器件是 TI 的首款高速光耦仿真器，以现有的数字隔离器技术为基础，具有 125kV/μs 的最低 CMTI 规格，比一些传统的光耦合器超过了 100kV/μs！因此，光耦仿真器可用于具有超高共模开关噪声或高振铃幅度的应用，而传统的光耦合器无法用于这些应用。
3. 在隔离式电源的反馈控制环路等典型应用中，光耦合器的 CTR 变化会影响电源反馈环路响应，使反馈环路设计变得复杂，并且由于需要考虑提供适当的补偿，因此给系统设计人员带来了挑战。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器标配各种窄 CTR 范围，在整个寿命和温度范围内具有更高的稳定性。
4. 典型的高速光耦合器支持 100kbps 至 1Mbps 的数据速率，而 ISOM8710 和 ISOM8711 能够以高达 25Mbps 的速率跨隔离栅传输数据。这可以实现更高的吞吐量并在更多的高速应用中使用。
5. 传统的 OptoMOS 应用需要快速开关和低功耗。德州仪器 (TI) 的新型光电仿真器，即 ISOM8610，能够以更长的使用寿命和强大的隔离性能来满足这些设计需求。
6. 许多光耦合器只能在高达 +85°C 的温度下工作。TI ISOM871x 系列器件的额定工作温度范围为 −40°C 至 +125°C，这意味着其数据表规格参数涵盖许多高速光耦合器不适用的条件。TI 的 ISOM811x 系列光耦仿真器支持 –55°C 至 +125°C 的扩展工作温度范围。

TI 的光耦仿真器与其数字隔离器非常相似，可实现信号隔离。光耦仿真器中的仿真 是指通过使用 TI 的隔离技术来隔离信号，同时重新创建像光耦合器一样运行的输入和输出结构。

标准光耦合器使用 LED 作为输入级。当输入端使二极管导通时，这些 LED 会随着输入正向电流的增加而变亮。LED 发出的光通过空气或环氧树脂间隙照射到封装内部的光晶体管上，然后光晶体管在输出侧灌入电流。这是光耦合器的核心操作，其中隔离栅是指 LED 和光晶体管之间的空气间隙或环氧树脂间隙，并且可以在输入或输出周围设计额外的电路，以创建交流输入或逻辑、TRIAC 或栅极驱动器输出。

在光耦仿真器中，输入信号使用开关键控 (OOK) 调制方案通过隔离栅进行传输。发送器通过隔离栅发送高频载波来表示一种数字状态，而不发送信号则表示另一种数字状态。模拟光耦仿真器中的信号传输功能与这类似，接收器在高级信号调节后对信号进行解调并通过输出级产生信号。OOK 调制方案的概念如 图 3-3 中的波形所示。