光耦合器，也稱為光隔離器或光電耦合器，其已被用于實現電子電路電流隔離超過40年。光耦合器使用LED和光電晶體管來實現信號通信，而無需傳輸電流。作為一種低成本的解決方案，光耦合器一直很受歡迎。但考慮到數字隔離技術的進步，光耦合器真的是實現RS-485系統電流隔離的最具成本效益的方法嗎？

 

圖1所示為隔離式RS-485收發器使用光耦合器實現電流隔離的典型電路。該解決方案共需要三個光耦合器：兩個高速光耦合器（每個用于發送和接收信號）以及一個用于方向控制的低速光耦合器。該解決方案還需要大量外部元件，包括施密特緩沖器、施密特觸發器、電阻器和旁路電容器。所有這些組件都會增加成本和電路板面積。

 

絕緣材料

介電強度

空氣

~1 ? Vrms/μm

環氧樹脂

~20 ? Vrms/μm

二氧化硅填充模具化合物

~100 ? Vrms/μm

聚酰亞胺

~300 ? Vrms/μm

SiO2

~500 ? Vrms/μm

圖 2：普通絕緣體材料的介電強度

 

能耗：每個光耦合器需要5-10 mA才能驅動內部輸入芯片上的LED。

 

溫度范圍：光耦合器大多限于承受85°C的最高環境溫度，極少數例外情況下能承受高達105°C的溫度。

 

開關規格：光耦合器的上升/下降時間和傳播延遲隨著偏置電流、電流傳輸比和器件到器件的變化而變化。

 

噪音抗擾度光耦合器的典型共模瞬變抗擾度范圍為15 kV/μs至25 kV/μs。在高于此電平的電壓瞬變的情況下，很可能出現數據損壞。

 

為滿足日益增長的緊湊型解決方案需求且不影響性能，德州儀器開發了ISO1500隔離式RS-485收發器。圖3與圖1所示的光耦合器解決方案的尺寸進行了比較，這是業界標準的16引腳小外形集成電路（SOIC）隔離RS-485收發器和ISO1500。請注意，這些設計僅顯示RS-485收發器的信號隔離。應用手冊，“如何隔離RS-485系統的信號和電源”， 為RS-485系統中的隔離電源提供了有用概述。

圖 3：光耦合器解決方案之間的解決方案尺寸比較（a）；業界標準的16引腳SOIC隔離式RS-485收發器（b）；和德州儀器的ISO1500?(c)

 

與分立式光耦合器解決方案相比，ISO1500可減少多達85％的電路板空間，與業界標準的16引腳SOIC封裝相比，可節省多達50％的電路板空間。除了最小化解決方案尺寸外，ISO1500還解決了上面提到的許多性能問題。所有德州儀器隔離式RS-485收發器均采用半導體制造工藝制造，使用二氧化硅作為電介質，以最大限度地減少器件之間的差異，并提供更可靠的高壓性能。ISO1500消耗<10μA的電流來驅動基于互補金屬氧化物半導體的輸入，可在-40°C至125°C的溫度范圍內使用。與傳統光耦合器相比，具有可預測的開關規格和更高的抗噪性。當您將這些系統級優勢與使用ISO1500所節省的電路板空間優勢相結合時，很明顯，光耦合器的成本遠遠高于僅為器件支付的價格。