半導體技術的進步將電路尺寸不斷壓縮，曾經用一個大房間才能存放的大型計算機性能今天一臺筆記本就可以做到，集成電路的集成度已經達到單芯片數億晶體管的規模。然而，半導體技術一路高歌猛進卻似乎總是有幾道“魔咒”難以破除，包括電容、電感、光耦和變壓器這樣的無源器件的集成一直沒有明顯的突破，特別是尺寸龐大但應用廣泛的變壓器成了開關電源設計工程師一直以來的噩夢，大尺寸、高功耗、EMI輻射、紋波……各種掣肘如影隨形。
作為高性能模擬技術提供商，ADI一直在嘗試突破這些阻礙模擬技術進步的“魔障”，其研發的iCoupler磁隔離技術將傳統的變壓器用標準半導體制造工藝實現了集成，將傳統的采用磁芯的機械式變壓器片上化，并且具有高帶寬、低電感和高阻抗等優點。ADI公司利用微變壓器設計方面的經驗，開發出了芯片級DC-DC功率轉換器isoPower系列。最近，ADI再次發布isoPower系列新品，將產品的關鍵性能EMI指標實現“大躍進”，磁隔離在傳統性能優勢上進一步解決了過去EMI短板，實現魚與熊掌可以得兼的目標。
隔離電源EMI輻射示意框圖
革命性電源架構第二代克服EMI短板
ADI磁隔離技術歷經近20年的發展，最開始的產品是信號隔離。磁隔離的特點就是它含有全能量，基于該技術ADI多年后又推出了內置變壓器的芯片級電源隔離產品，跟普通芯片一樣在純凈廠房里跟半導體器件一樣生產出來，而不是像傳統的零散機械元件組裝而成。
第二代技術滿足了無線電干擾特性CISPR 22/EN 55022 B類輻射標準
“第一代技術尺寸特別小的特點為大家所歡迎，但缺點也明顯——EMI不是很好，輻射比較大。因為芯片級的線圈尺寸很小，所以它的工作頻率特別高，數百兆的工作頻率把能量傳到隔離帶時，必然有一些共模的信號或者噪聲會輻射出去。” ADI數字隔離器產品部經理陳捷在一場演講中表示。過去ADI工程師對這些問題也給予了修正的方法，如建議在隔離芯片兩端跨接安規電容，用電容給它提供一個基礎的反饋路徑，或者利用四層PCB的內層要做一個交疊形成電容特性，從而提供一個低阻抗的反饋路徑來抑制EMI。
“但很明顯，這兩種方法或多或少會給客戶帶來一些麻煩。所以，我們的研發團隊一直在努力克服這個問題，我們現在的第二代產品就從芯片本身成功地解決了這個EMI的問題。”陳捷解釋道。第二代產品在線圈的設計上做了一些改進，對稱性更好，并在頻率頻譜上增加擴頻，將原來頻譜工作頻率的尖峰峰值擴開。“原來可以看到是一個單點的尖峰，現在用擴頻的方式把它展開了，就把能量降下來了。”陳捷指出，新的指標可以輕松達到Class A、Class B的輻射標準。“利用第二代技術不需要做任何跨接電容處理，可以只用兩層PCB板，在輸出端加兩個磁珠和兩個電容即可。”陳捷表示。
100mA時使用2層PCB：準峰值滿足CISPR 22 B類標準，915MHz時裕量為-5.1dBμV
陳捷口中的第二代產品是ADI近日宣布推出的其新一代增強隔離式電源轉換器ADuM5020/6020和ADuM5028/6028系列，可以使系統滿足EN 55022/CISPR 22 B類電磁干擾標準的需求，無需在應用層面使用高成本的EMI抑制技術，并且可簡化EMI認證流程，降低設計成本和縮短設計時間。ADI將其隔離產品的“斷代”的關鍵參考指標放在EMI特性上，在十多年前推出第一代隔離電源之后ADI陸續推出了若干系列新品，但因為在EMI方面沒有做太多的優化而仍歸屬第一代產品。隨著行業對EMI特性關注度越來越高，ADI投入幾十人用了兩年時間，完成了從研發到工藝、封裝、測試，完整完成新一代低EMI產品研發。
集成化趨勢下，通道隔離需求再上臺階
電源隔離集成化趨勢已經形成，在新能源汽車、工業控制、儀器儀表和醫療等行業，越來越多的要用到高集成度的通道與通道之間隔離。“比如我們看到有些溫度采樣的設備，它可能一個板子上8個通道、8個ADC，要給這個ADC做隔離、信號要隔離，還要隔離電源，那用我們這種隔離芯片就特別方便。”陳捷指出，“現在有些高端產品就是要求每個通道之間都要隔離，它不能共用隔離電源。”儀器行業的小型化趨勢也正在促進集成隔離電源的需求增加，甚至在一些便攜式的醫療設備上也開始對隔離性能提出更高需求。
簡化兩層PCB布局的ADuM5020/ADuM5028評估板
“例如醫療這塊會有更高隔離等級的標準，ADuM6000系列以及ADuM6020的隔離等級就更高。另外，像汽車應用對輻射的要求也越來越高，所以我們希望能在輻射的能量上進一步的抑制，有更大的裕量。”陳捷表示，“我們還做了一個更小的SO8封裝，堪稱業界最小的隔離電源解決方案。另外，由于這個技術輸出的功率不是很大，盡管現在的500毫瓦已經能滿足許多的應用，但將來ADI可能會往更大的輸出功率去發展。”
成功挑戰光耦傳統市場，磁隔離持續走強
作為最傳統的一種隔離方式，光耦在市面上應用已超過50年，目前在很多場合還占領主流應用。ADI第二代隔離電源產品突破EMI的最大掣肘是否能在隔離電源大展拳腳、攻城略地？“隔離應用通常與安全以及產品性能認證直接相關，導致市場對新技術采納偏向保守，新產品和技術的市場滲透和切換會比別的產品慢，這是這個市場的特點。”陳捷表示。
然而光耦的顯著缺點這些年正在為新型隔離技術提供了切入點，尤其是相對于磁隔離最大的一個問題是集成度差。“特別是做多通道隔離時光耦技術單個封裝實現不了，必須是一個通道一個器件，而數字磁隔離可以將3、4個甚至是6個通道放在一個封裝里。”陳捷指出。事實上，電源隔離也面臨這樣的技術差異，特別是光沒有辦法傳遞電源能量，而磁隔可以。從技術本身來講它的應用更靈活、集成度更高。
“未來越來越多的應用肯定是數字隔離器的市場份額會進一步擴大，光耦的市場會有所萎縮。但數字隔離器也不可能完全取代光耦，因為光耦在低成本、低速率的場合有它的優勢。”陳捷坦陳。據他透露，在1MBPS以下的應用，光耦的價格與其通訊速度呈指數相關，比如到了1M甚至10MBPS以上，它的價格就比數字隔離高很多，但在低速時成本非常低。“所以一定有些市場是數字隔離器不會去碰的，但是未來的發展趨勢肯定是速度越來越快，所以新的增長點、新的市場數字隔離器優勢越來越明顯。”陳捷表示。
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史海拾趣
對于具有鎖定功能的物體檢測報警電路，網友可能會有多種問題，以下是一些常見問題及其回答：
一、電路工作原理相關問題
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問題：具有鎖定功能的物體檢測報警電路是如何工作的？
回答：該電路通常包括光電檢測部分、信號處理部分和報警輸出部分。當有人或物體入侵到光電檢測的空間時，光被遮擋，導致光敏晶體管截止，其集電極電壓上升。這一變化被信號處理部分檢測并轉換為控制信號，使報警電路啟動，發出聲音或光等報警信號。同時，電路具有鎖定功能，即一旦報警觸發，需要特定操作（如斷開開關）才能解除報警狀態。 -
問題：鎖定功能是如何實現的？
回答：鎖定功能通常通過記憶電路或狀態保持電路實現。當報警信號被觸發后，這部分電路會保持一個高電平或低電平狀態，使報警信號持續輸出，直到接收到解除報警的外部信號（如斷開開關）。這種設計可以防止短暫的遮擋或誤觸發導致的短暫報警，提高系統的穩定性和可靠性。
二、電路設計與實現相關問題
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問題：在設計具有鎖定功能的物體檢測報警電路時，需要考慮哪些因素？
回答：設計時需要考慮的因素包括檢測靈敏度、報警響應時間、誤報率、功耗、成本以及與其他系統的兼容性等。此外，還需要考慮電路的穩定性、可靠性和安全性，確保在各種環境條件下都能正常工作。 -
問題：如何降低電路的誤報率？
回答：降低誤報率的方法包括優化光電檢測器的布局和參數設置，以減少外界光線的干擾；采用信號處理算法對檢測信號進行濾波和去噪處理；以及設置合理的報警閾值等。此外，還可以通過增加確認機制（如二次檢測）來進一步降低誤報率。
三、電路應用與維護相關問題
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問題：這種電路在哪些領域有應用？
回答：具有鎖定功能的物體檢測報警電路在多個領域都有廣泛應用，如安防監控、工業自動化、智能家居等。在安防監控領域，它可以用于入侵檢測、門窗防護等場景；在工業自動化領域，可以用于生產線上的物料檢測、機器人避障等場景；在智能家居領域，則可以用于門窗傳感器、人體存在檢測等場景。 -
問題：如何對電路進行日常維護和故障排查？
回答：日常維護包括定期檢查電路的連接是否牢固、光電檢測器是否清潔無遮擋等。故障排查時，可以使用萬用表等工具檢測電路各部分的電壓和電流是否正常，定位故障點。同時，也可以結合報警記錄和監控視頻等信息進行綜合分析，以快速準確地判斷故障原因并采取相應的解決措施。
以上是針對具有鎖定功能的物體檢測報警電路可能提出的問題及其回答。需要注意的是，由于電路的具體設計和實現方式可能因應用場景和需求的不同而有所差異，因此在實際應用中還需要根據具體情況進行調整和優化。
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