為什么說(shuō)“隔離芯片”就是“射頻芯片”？

眾所周知，在半導(dǎo)體行業(yè)中，隔離芯片主要用于在弱電控制強(qiáng)電的場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)高低壓電路之間的電氣隔離，并同時(shí)在電氣隔離狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的耦合傳輸。隔離芯片不僅能保障電路運(yùn)行穩(wěn)定，防止故障擴(kuò)散，還可以保護(hù)電子控制設(shè)備和操縱人員的安全。

現(xiàn)階段，隔離芯片的主流技術(shù)路徑主要涵蓋了光耦隔離、磁耦隔離以及容耦隔離三種，它們主要是基于不同的信號(hào)傳輸機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣隔離的功能。業(yè)界內(nèi)，諸如TI（德州儀器）、納芯微以及華普微等知名企業(yè)，均將容耦隔離技術(shù)作為其隔離芯片產(chǎn)品的主打技術(shù)路線。

具體而言，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)電容耦合隔離芯片內(nèi)部編碼與調(diào)制后，可在高低壓電路之間進(jìn)行高質(zhì)量傳輸，同時(shí)還能避免高低壓電路之間產(chǎn)生電氣連接。而正是這一特性使得電容耦合隔離芯片在工業(yè)、通信、新能源與電力等領(lǐng)域中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。

那么，“隔離芯片”與“射頻芯片”有何關(guān)系？為什么要說(shuō)電容耦合“隔離芯片”就是“射頻芯片”呢?

首先，我們先了解何為射頻芯片。射頻芯片是一種特殊的集成電路（IC），能夠處理射頻信號(hào)（電磁波信號(hào)），即利用天線將接收的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，或者將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)進(jìn)行傳輸。通常而言，射頻芯片會(huì)涵蓋調(diào)制器、解調(diào)器、放大器、濾波器、天線等元件。

典型射頻系統(tǒng)框架圖

其次，我們需要了解射頻芯片如何收發(fā)信號(hào)，以Sub-1GHz無(wú)線射頻收發(fā)器CMT2300A為例：數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸時(shí)，會(huì)先在數(shù)字電路進(jìn)行編碼打包，而后在模擬電路、調(diào)制器（OOK或（G）FSK）與放大器作用下進(jìn)行調(diào)制與放大，最終成為射頻信號(hào)經(jīng)天線傳輸出去。

CMT2300A功能系統(tǒng)示意圖

而數(shù)據(jù)信號(hào)在接收時(shí)，會(huì)先由天線接收射頻信號(hào)，經(jīng)放大器進(jìn)行放大，而后在調(diào)制器與模擬電路作用下進(jìn)行解調(diào)，數(shù)字電路再將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換回原始的數(shù)據(jù)信號(hào)，最終在解碼器中進(jìn)行解碼并填入FIFO，或者直接輸出到GPO。

最后，我們來(lái)看電容耦合隔離芯片是如何在保持電氣隔離狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的耦合傳輸。以雙通道數(shù)字隔離器CMT8121X為例：

CMT8121X支持OOK調(diào)制方案，可以跨二氧化硅隔離柵進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，且每條隔離通道的邏輯輸入和輸出緩沖器均由二氧化硅絕緣柵隔離。數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸時(shí)，發(fā)射器通過(guò)隔離柵發(fā)送高頻載波表示一種數(shù)字狀態(tài)，而不發(fā)送信號(hào)則表示另一種數(shù)字狀態(tài)。數(shù)據(jù)信號(hào)在接收時(shí)，接收器在將信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，并通過(guò)緩沖級(jí)產(chǎn)生輸出。

CMT8121X主要用于兩個(gè)不同電源域間通訊，并采用先進(jìn)電路技術(shù)，支持高達(dá)5kVrms隔離電壓，且能以較低的功耗實(shí)現(xiàn)高電磁抗擾度和低輻射。與基于傳統(tǒng)的光耦和電感的（磁隔）隔離器相比，采用二氧化硅隔離柵的CMT8121X所提供的介電強(qiáng)度較高，不會(huì)因暴露于環(huán)境濕度而退化，并且可以有大于40年的隔離壽命。

通過(guò)對(duì)比射頻芯片與電容耦合隔離芯片的數(shù)據(jù)傳輸方式，可以看出：電容耦合隔離芯片實(shí)際上就是一個(gè)在微距離上實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻收發(fā)系統(tǒng)的“射頻芯片”。

而在射頻芯片領(lǐng)域，華普微已深耕細(xì)作二十載余，其成熟穩(wěn)健、技藝超群的無(wú)線射頻研發(fā)團(tuán)隊(duì)，不僅將多年積累的技術(shù)精髓融入隔離芯片的設(shè)計(jì)之中，更在創(chuàng)新上不斷突破，打造出了具有卓越性能與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的隔離芯片產(chǎn)品。

審核編輯 黃宇