概述:ADuM2401是ANALOG DEVICES生产的一款具有四通道、双向隔离功能，最高支持90 Mbps的数据传输速率的集成电路。它满足ULl577标准规定的5.0kV额定隔离电压，并且与医用设备安全标准IEc60601-1兼容。与当前普遍使用的光电耦合器相比，其印制电路板面积缩小60％，每通道成本降低40％，功耗降低98％，具有更高的瞬态共模抑制能力和数据传输速度。

 

一、ADuM2401引脚功能

 

二、ADuM2401内部方框图

备注：包括隔离方1的供电VDD1、GND1，隔离方2的供电VDD2、GND2，A、B、C、D的输入、输出脚，输出使能脚VE1和VE2分别使能反向通道D，正向通道A、B、C的引脚输出。

　　各个通道之间高度匹配，相互严格隔离，每个通道都有各自的接口电路和双变压器，串扰很小。输入逻辑信号经编码后通过芯片级变压器传送，输出方通过探测感应电流，得到编码信息，经解码后输出。

 

三、ADuM2401原理和应用
ＡＤｕＭ２４０１是美国模拟器件公司利用其ｉＣｏｕｐｌｅｒ专利技术设计的数字隔离器件，具有四通道、双向隔离功能，最高支持９０ Ｍｂｐｓ的数据传输速率。它满足ＵＬ１５７７标准规定的５．０ ｋＶ额定隔离电压，并且与医用设备安全标准ＩＥＣ６０６０１－１兼容。与当前普遍使用的光电耦合器相比，其印制电路板面积缩小６０％，每通道成本降低４０％，功耗降低９８％，具有更高的瞬态共模抑制能力和数据传输速度。

ｉＣｏｕｐｌｅｒ技术原理
ｉＣｏｕｐｌｅｒ采用的平面磁场技术是一种全新的隔离技术，非常适合各种工业应用，如数据通信、数据转换器接口以及其它多通道隔离等，其结构如下图1所示

每个ｉＣｏｕｐｌｅｒ通道由ＣＭＯＳ接口电路和两个芯片级的变压器两部分组成，为简化起见，图中只画出了一个变压器。ＣＭＯＳ接口包含输入输出电路，用于接收和发送数字信号，与其它ＣＭＯＳ器件电气兼容。每个变压器都包含低阻抗的顶层线圈和底层线圈，分别与发送方、接收方电路相连，线圈之间用绝缘材料构成隔离区。 ｉＣｏｕｐｌｅｒ通过选择两个不同的变压器，来区分信号变换是上升沿或是下降沿，然后向选定的变压器发送窄脉冲，为输入信号的状态变化编码。同时内部产生激励脉冲，将编码信息送至变压器主方（顶层线圈），使包含了编码信息的高频激励脉冲在变压器副方（底层线圈）引起电磁感应。这样输入信号的编码信息就穿过隔离区到达输出方，经过输出电路的高精度信号复现，实现了数字信号的隔离传输。 由于采用变压器隔离方法，只有交变信号才能通过线圈产生磁场变化引起感应电流，对于无状态变换的直流信号，ｉＣｏｕｐｌｅｒ通过如图２所示的刷新电路来解 决这一问题。内部刷新电路提供周期为１μｓ的刷新脉冲，输入采样和输出刷新频率达到１ＭＨｚ。附有直流信息的刷新脉冲通过主方线圈时，引起副方线圈感应电流，从而将直流信息传递到输出方。保证了直流信号的隔离效果，实现输入、输出的信号匹配。

 

四、ADuM2401应用实例和注意事项
采集系统中，利用ADuM2401作为模拟和数字电路的隔离器件，图4为用单片机AT89C51控制串行模数芯片ADS7809采样信号源的示意图。

单片机和串行AD之间通讯包括3个控制信号SCLK、CS、R/C和1个串行数据输入SDATA。由P1口负责产生控制信号和接收转换数据，对于单片机来讲，这4个信号中3个输出、1个输入，很好地利用了ADuM2401的正、反向通道，大大简化了电路设计。ADuM2401的滤波电容C1、C2均为0.1μF，分别接数字、模拟电源。ADuM2401使用简单，只需2个电容滤波即可。如果使用光隔离技术，就需要4个光耦器件，还有相应的附属分立元件，使得功耗大大增加、电路板面积扩大、电路成本增加、稳定性下降。由于使用磁场隔离技术，因此，在PCB布线时要特别注意电磁干扰。

①注意减小器件和系统地之间、器件内部隔离区之间的寄生电容，以免降低器件隔离效果。

②两个隔离方的滤波电容应尽量靠近引脚，电容值在0.01～0.1μF之间，VDD、GND到各自电容引脚的连线总长度不超过20mm，以免产生大的寄生电容。

③隔离区两侧的电路设计要尽量对称，以免造成隔离区耐压下降，器件击穿。

④保证隔离端的供电质量，减少电源噪声、尖峰等对器件造成不良影响。结束语本文介绍了一种新型的磁场隔离技术iCoupler及其产品ADuM2401的应用。该器件在实际应用中可以很好地替代传统隔离器件，具有降低功耗、简化设计结构、提高系统稳定性等优点。