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工业自动化发展热潮正不断升温，尤其是在可确保设备性和可靠性的隔离设计方面上更是涌现了巨量的设计需求，引来可观的商机。
 

　　工业自动化四大技术挑战
 

　　为了协助业界人士加速实现相关解决方案，本文除针对工业自动化目标市场的隔离应用，专注于可编程逻辑控制器(PLC)和工厂自动化的发展进行详细的市场与技术分析外，也详细说明了新型互补式金属氧化物半导体(CMOS)数字隔离器相较于传统光耦合隔离方案对工业自动化应用所带来的显着优势。
 

　　工业自动化的发展道路上，所包含的许多技术挑战包括：
 

　　：设备无法妥协
 

　　. 功能至关重要。
 

　　. 产品在高应力下性能稳定。
 

　　第二：高噪声环境中的正常工作
 

　　. 工厂外部电/磁场的抗干扰性高。
 

　　. 高电压瞬变噪声的抗干扰能力强。
 

　　第三：产品使用寿命长
 

　　. 整个温度范围，不同VDD电压，以及长期使用时，关键参数稳定。
 

　　. 在高应力下产品使用寿命长。
 

　　第四：
 

　　. 产品性能。
 

　　. 低延迟和低延迟偏差以确保率和吞吐量。
 

　　基于上述的技术挑战，适用于工业自动化的隔离产品也是高，高抗干扰性与长寿命。 工厂存在很多高压设备，透过隔离方案不仅能保护电子系统和人员，也能抑制噪声以确保设备的可靠度和稳定性。 随着工业自动化应用对相关设备的性能要求提升，内建隔离技术也开始发生转变，传统的隔离使用光耦合技术，由于先天的特性逐渐难以满足工业自动化设计需求，包括可靠性较差、时序特性不佳、无余裕的共模瞬态噪声免疫(CMTI)、能源效率低等，使业界开始将目光移至新型的CMOS电容耦合数字隔离器方案。
 

　　使用差分电容耦合技术 CMOS数字隔离器展
 

　　CMOS数字隔离器采用开关键控调制技术的CMOS设计，并使用差分电容耦合，可以达成高可靠度和稳定性，不会随温度、工作电压和产品寿命而改变，另外还具备的时序特性，包括低传输延时、低传输延迟偏差等。 更重要的是，CMOS数字隔离器具有高共模瞬态噪声免疫(CMTI)，而且相对于光耦，只需要较小的功率，因此可以降低总体系统功耗。 图1及图2为传统光耦和CMOS数字隔离方案的比较。
 

　　新型数字隔离器提升PLC效能
 

　　其中，针对工业机器控制和制程的自动化，性能的可编程逻辑控制器(PLC)是一大关键。 以芯科实验室(Silicon Labs)为例，为因应此一情况，该公司近期推出高速、多信道数字隔离器，便是锁定PLC的应用需求。 新型Si838x数字隔离器(图3)可为工厂自动化PLC提供优于光电耦合器的性能和使用寿命，其特性包含高速信道(高达2Mbit/s)、高信道整合度(每个设备高可达八个信道)、双极输入弹性、高抗干扰性和2.5KVrms隔离等级。 此外，该产品适用于分布式过程控制系统中的可程序自动化控制器(PAC)。
 

　　Si838x数字隔离器有效解决PLC设计挑战
 

　　PLC广泛部署在恶劣的工厂车间环境中，因此兼具可靠和精小特性。 许多PLC设计规模可达一百二十八个信道，并且有多个高速输入。 尽管光电耦合器已经在过去几十年中提供了默认隔离解决方案，但是它们也使得PLC设计人员面临挑战。 由于缺乏高速能力，光电耦合器无法满足PLC应用，例如伺服电机控制。
 

　　光电耦合器也缺乏高噪声抑制能力，并且其性能会随时间和温度变化而下降，因此在高温工业应用中会带来可靠性风险。 然而，上述提到的Si838x系列可克服这些挑战，其于精小QSOP封装中提供了弹性、高速、多信道的双极性隔离解决方案，相较于基于光电耦合器的解决方案，可提供更长的使用寿命和更高的可靠性。
 

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