3 什么是光耦仿真器？

德州儀器 (TI) 的光耦仿真器融合了傳統光耦合器的行為和 TI 基于 SiO₂ 的隔離技術。如 圖 3-1 所示，光耦仿真器與業內最常見的光耦合器引腳對引腳兼容，有助于無縫集成到現有設計中，同時提供相同的輸入和輸出信號行為。

圖 3-1 是 TI 光耦仿真器的橫截面圖，其中展示了包含輸入、隔離和輸出電路的三個裸片。

表 3-1 比較了光耦合器中通常使用的各種不同絕緣材料與 TI 光耦仿真器中所用的 SiO₂ 的介電強度。光耦仿真器具有更出色的高電壓能力，因此非常適合需要穩健隔離的應用。TI 的光耦仿真器采用 SiO₂ 作為絕緣柵，其介電強度遠高于市場上許多光耦合器中使用的空氣和材料。要詳細了解 TI SiO₂ 技術及其可靠性，請參閱利用可靠且性價比高的隔離技術應對高壓設計挑戰。

TI 的光耦仿真器在輸入引腳上復制 LED 的行為，因此輸入電路的信號傳輸和電氣參數與光耦合器類似。但是，光耦仿真器內部沒有實際的 LED，這帶來了以下幾個優勢：

1. 由于光耦仿真器內部沒有用于信號傳輸的 LED，也沒有會隨時間的推移而變得渾濁或變黃的透明絕緣材料，因此使用 TI 的光耦仿真器時，不需要額外的功率來像光耦合器那樣在其整個使用壽命內補償這種性能下降。由于光耦仿真器不使用 LED 傳輸信號，因此這種過裕度設計做法并不適用。TI 光耦仿真器的信號傳輸、功耗和其他運行參數都是針對其整個使用壽命指定的，并且已經考慮了工藝、電壓和溫度變化。
2. ISOM871x 系列器件是 TI 的首款高速光耦仿真器，以現有的數字隔離器技術為基礎，具有 125kV/μs 的最低 CMTI 規格，比一些傳統的光耦合器超過了 100kV/μs！因此，光耦仿真器可用于具有超高共模開關噪聲或高振鈴幅度的應用，而傳統的光耦合器無法用于這些應用。
3. 在隔離式電源的反饋控制環路等典型應用中，光耦合器的 CTR 變化會影響電源反饋環路響應，使反饋環路設計變得復雜，并且由于需要考慮提供適當的補償，因此給系統設計人員帶來了挑戰。ISOM8110 等 TI 光耦仿真器標配各種窄 CTR 范圍，在整個壽命和溫度范圍內具有更高的穩定性。
4. 典型的高速光耦合器支持 100kbps 至 1Mbps 的數據速率，而 ISOM8710 和 ISOM8711 能夠以高達 25Mbps 的速率跨隔離柵傳輸數據。這可以實現更高的吞吐量并在更多的高速應用中使用。
5. 傳統的 OptoMOS 應用需要快速開關和低功耗。德州儀器 (TI) 的新型光電仿真器，即 ISOM8610，能夠以更長的使用壽命和強大的隔離性能來滿足這些設計需求。
6. 許多光耦合器只能在高達 +85°C 的溫度下工作。TI ISOM871x 系列器件的額定工作溫度范圍為 ?40°C 至 +125°C，這意味著其數據表規格參數涵蓋許多高速光耦合器不適用的條件。TI 的 ISOM811x 系列光耦仿真器支持 –55°C 至 +125°C 的擴展工作溫度范圍。

TI 的光耦仿真器與其數字隔離器非常相似，可實現信號隔離。光耦仿真器中的仿真 是指通過使用 TI 的隔離技術來隔離信號，同時重新創建像光耦合器一樣運行的輸入和輸出結構。

標準光耦合器使用 LED 作為輸入級。當輸入端使二極管導通時，這些 LED 會隨著輸入正向電流的增加而變亮。LED 發出的光通過空氣或環氧樹脂間隙照射到封裝內部的光晶體管上，然后光晶體管在輸出側灌入電流。這是光耦合器的核心操作，其中隔離柵是指 LED 和光晶體管之間的空氣間隙或環氧樹脂間隙，并且可以在輸入或輸出周圍設計額外的電路，以創建交流輸入或邏輯、TRIAC 或柵極驅動器輸出。

在光耦仿真器中，輸入信號使用開關鍵控 (OOK) 調制方案通過隔離柵進行傳輸。發送器通過隔離柵發送高頻載波來表示一種數字狀態，而不發送信號則表示另一種數字狀態。模擬光耦仿真器中的信號傳輸功能與這類似，接收器在高級信號調節后對信號進行解調并通過輸出級產生信號。OOK 調制方案的概念如 圖 3-3 中的波形所示。