揭秘如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量又可靠的高壓信號隔離

電路隔離也稱為電流隔離，可防止直流 （DC） 和干擾交流 （AC）信號從系統(tǒng)的一個(gè)區(qū)域傳遞到需要保護(hù)的另一區(qū)域。

隔離的其中一個(gè)用途是，通過防止高頻噪聲的傳播來保持系統(tǒng)的信號完整性，保護(hù)敏感電路受高壓浪涌和尖峰的影響，并為操作人員提供安全保障。

簡介

德州儀器 （TI） 最新開發(fā)的制造工藝可在電容電路中提供增強(qiáng)的信號隔離，該電容電路使用二氧化硅（SiO2）（一種基本的片上絕緣）作為電介質(zhì)。該工藝是 TI 用于保護(hù)高壓、高頻信號傳遞、基于電容器的第二代集成增強(qiáng)型隔離技術(shù)。采用這種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品性能可靠，具有防震保護(hù)和增強(qiáng)型隔離性，這相當(dāng)于在單個(gè)裝中提供了兩個(gè)基本型級別的隔離。

本技術(shù)簡介詳細(xì)討論了 TI 基于電容器的增強(qiáng)型信號隔離。該簡介運(yùn)用大量的器件表征和測試數(shù)據(jù)來展示該工藝和相關(guān)器件是如何達(dá)到或超出增強(qiáng)型隔離的規(guī)范。

1.實(shí)現(xiàn)高壓隔離

高壓 （HV） 隔離可通過使用兩個(gè)（在隔離柵的每側(cè)各使用一個(gè)）串聯(lián)的厚 SiO2 電容器實(shí)現(xiàn)。

高壓電容采用高性能模擬工藝制造，并封裝在多芯片 SOIC 模塊中。晶圓制造工藝是一種在金屬之間形成高壓電容的多層級金屬工藝，如圖 1 所示。只需通過使用標(biāo)準(zhǔn)的層間電介質(zhì)層，該結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)高壓隔離所需的 SiO2 厚度。這種多層結(jié)構(gòu)減少了高壓性能對任何單一介電層依賴，從而可提高質(zhì)量和可靠性。

使用這種隔離電容技術(shù)的多芯片模塊如圖 2 所示。發(fā)送器和接收器均具有隔離電容，與單個(gè)電容相比，其高壓隔離能力提高了一倍。非常厚的多層鈍化層可保護(hù)高壓隔離裸片，使其免受裸片周圍模塑化合物的損壞。 使用此配置的產(chǎn)品可滿足增強(qiáng)型隔離的業(yè)界通用要求，包括：

VIOTM = 5.7kVrms 瞬態(tài)過電壓

VIORM = 2.0kVrms 20 年增強(qiáng)型隔離工作電壓

VIOSM = 8kV 峰值

多個(gè)組件級以及系統(tǒng)級和終端設(shè)備級標(biāo)準(zhǔn)管理和認(rèn)證隔離產(chǎn)品。根據(jù)實(shí)際操作條件，隔離產(chǎn)品必須針對各種電壓應(yīng)力曲線進(jìn)行測試，以量化其高壓隔離性能［1］。這些組件級參數(shù)包括工作電壓 （VIOWM）、最大瞬態(tài)隔離電壓 （VIOTM）、隔離耐受電壓 （VISO）、最大重復(fù)峰值電壓 （VIORM） 和最大浪涌隔離電壓 （VIOSM）。表 2 列出了這些參數(shù)和用于驗(yàn)證這些功能的測試。

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