常用的三種隔離技術為光電隔離、電磁隔離和電容隔離，三者在功耗、速度和隔離電壓等方面通常不能達到最優，各有優缺點。

光電隔離利用“電-光-電”轉換實現信號的隔離傳輸，這類產品出現的最早，但由于存在光電轉換環節，使其功耗遠高于其他兩種，而且傳輸速率低、LED容易老化，正逐步被其它產品取代。電磁隔離采用變壓器進行隔離，利用兩個線圈之間的變化磁場實現了在隔離層上的數據通信，既可以傳輸數據也可以傳輸功率。電容隔離是利用電容充放電進行隔離，抗電磁干擾能力比較強，速度和功耗低，但是難以進行功率傳輸。

變壓器是利用線圈間的電磁耦合效應完成能量的轉化。兩個線圈相互靠近時，其中一個線圈通有電流，它所產生磁通的一部分與另一只線圈相互環鏈，當通電線圈中電流發生變化時，產生了變化的磁通，另一只線圈在其影響下，穿過自身的磁通也發生變化，因此在線圈中就產生了感應電流。與電源相連的線圈稱為主線圈或初級線圈，另一個線圈稱為副線圈或次級線圈，其電路模型如圖1所示。

圖1 變壓器耦合電路模型

理想變壓器的端口電壓和電流有如下關系，其中Lp和Ls是初級和次級繞組的自感，M 是互感。

圖2是變壓器磁耦合隔離的原理圖。磁耦合隔離是利用兩個線圈之間的變化磁場來實現在隔離層上的數據通信。當初級線圈中的電壓或電流發生變化時，穿過該線圈的磁通發生變化，影響次級線圈中磁通的變化，根據Faraday定律，次級線圈產生感應電動勢，交流信號就從初級線圈傳到次級線圈，實現了電信號-磁信號-電信號的傳遞。其中，因為直流信號由于電流是恒定不變的，因而被隔離。

圖2 變壓器磁耦合隔離

信號傳輸有兩種方法：一種是脈沖編解碼，一種是開關鍵控（OOK）。圖3所示是基于脈沖編解碼的數字信號隔離原理圖。先將輸入數字信號進行編碼，當遇到輸入信號的上升沿，編碼為兩個連續的脈沖，遇到輸入信號的下降沿，則編碼為一個脈沖信號。編碼產生的信號通過隔離型片上變壓器后傳遞給解碼器，解碼器負責將初始信號還原，并產生穩定的輸出。圖4所示是基于OOK的數字信號隔離原理圖，在OOK傳輸中，其中一種邏輯輸入信號由傳輸的載波頻率表示，而另一種邏輯輸入無信號傳輸。

圖3 基于脈沖編解碼的數字信號隔離

圖4 基于OOK的數字信號隔離

在很多隔離的應用中，常常會將電源隔離和數字信號隔離組合在一起使用，在功能上實現信號和電源的雙重隔離。將數字信號隔離變壓器和電源隔離變壓器做在一顆芯片上，再將信號發射芯片和信號接收芯片封裝起來。這樣就形成了數字信號和電源雙隔離的芯片。


審核編輯：劉清