说到隔离，一般能想到的就是电源隔离 、信号隔离：隔离DCDC，GPIO隔离，RS485隔离，CAN隔离等。
今天一起来系统些了解隔离：
- 为什么需要隔离？
- 不同的隔离技术有什么不同？
- 有哪些隔离器件选型参数？
为什么需要隔离？
之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。
隔离常用于：
保护操作人员和低压电路免受高电压影响。
防止通信子系统之间的地电位差。
改善抗噪性能。
不同的隔离技术有什么不同？
隔离材料：
隔离跨电介质隔离层阻止不需要的直流电和交流电。
常见的隔离材料:
此表列举了常见的绝缘材料和对应的隔离能力（Vrms/um）。光耦器件对材料透光性的要求，使得多选用空气（Air）和环氧树脂（epoxies）作为隔离材料。聚酰亚胺（polymide）多为磁隔产品选用。而容隔器件则选用绝缘强度最优的二氧化硅（SiO2）材料。隔离材料的选用会影响到器件的体积，容隔器件有明显的体积优势。聚酰亚胺（polymide）,二氧化硅（ SiO2）的可靠性不会因为在潮湿环境工作而受到影响。
图3.1 光耦器件电路
图3.2 磁隔器件电路
图3.3 容隔器件电路
数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端，光耦合器则是使用LED发出的光。这使得光耦方案的静态电流，数据传输延迟，CMTI等性能都会较差。磁隔是通过变压器电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，从而在另一个线圈生成感应电流。电磁感应的原理使得磁隔产品在不佳的电磁工作环境中出现噪声干扰的可能性更大。而容隔产品是利用低电流电场将数据耦合到隔离栅的另一端，抗干扰性更强。容隔器件的功耗基本不随传输数据速率的变化而改变。
creepage，clearance和DIT(Distance Through Insulation）这三个容易混淆的距离参数的含义。如下图所示，clearance是两侧引脚通过空气的最短距离，creepage是两侧引脚通过隔离材料表面的最短距离，DTI是通过导电体之间的隔离填充材料的最短距离。可以说，DIT指的是内部距离，creepage和clearance指的是外部距离。
图6 clearance, creepage, DTI示意图（依次）
需要提醒的是，数据手册的爬电距离参数的对象芯片，如果系统中有更短通路，那么这个更短距离才是这个电路的隔离爬电距离。这里举个例子，下图将两颗超宽封装ISO7841DWW（creepage是14mm）串联工作，是否可以理解成该电路的爬电距离是28mm呢？答案是不可以。这是因为电路中除了数据传输通路还存在一个通路，即隔离电源电路。VCC1 和Viso2之间的爬电距离可能比D1和Diso2之间的爬电距离更短，而更短的距离值决定了电路的爬电距离值。
图7 爬电距离电路示例
如何保证隔离耐压的稳定性和安全性，保证隔离电源模块不被击穿，我们就要计算爬电距离。两个导电部件之间,或一个导电部件与设备及易接触表面之间沿绝缘材料表面测量的最短空间距离沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离，爬电距离=表面距离/系统最高电压，根据污秽程度不同会有差异。
图2 爬电距离示意图
在IEC60950、GB4943.1-2011标准中，规定了不同电压等级需要的最小安全距离，而安全距离又包括电气间距和爬电距离两种。对于开关电源主要需要保证最小安全距离的地方有以下两个方面：
一次侧电路对外壳(保护地)的安全距离;
一次侧电路对二次侧电路之间的安全距离。
有哪些隔离器件选型参数？
步骤1：了解您的隔离规范要求
第一步是了解系统的隔离规范要求。尽管有时似乎存在无穷无尽的需求，但在选型初期，工程师们可以从一些关键的因素开始考量。
- 隔离耐压（VISO）：基本隔离和≤3,000 VRMS是否足以满足您的设计要求？或者设计要求需要≥5,000 VRMS？本规范通常由系统的法规要求设置，代表隔离器可坚持至少60秒不被电压击穿。
- 工作电压（VIOWM）：隔离栅在产品使用寿命内需要承受的恒定电压是多少？
- 浪涌隔离等级（VIOSM）：是否需要增强隔离？需要一个能够承受> 10 kV浪涌脉冲的隔离器。
- 爬电距离/电气间隙：4毫米封装的爬电距离/电气间隙是否足够，或者您的系统标准要求8毫米或更高的规格？
- 共模瞬变抗扰度（CMTI）：隔离器是否可用于诸如电机驱动或太阳能逆变器等嘈杂的环境中（在这些环境中数据完整性至关重要，任何位错误都可能导致危险的短路事件）？如果如此，那么高CMTI额定值对于您的数字隔离器至关重要。
- 能耗：整体系统功耗是否对您的应用是至关重要的规格（例如，4至20 mA回路供电或电池供电的系统）？
- 数据速率：您的通信接口需要什么数据速率？您正在运行低速UART速度还是高速≥100-Mbps数据协议？
步骤2：选择合适的封装
缩小数字隔离器规格要求后，下一步需要考虑不同的封装选择。封装在隔离方面可能会产生很大的差异，因为封装尺寸和特性直接影响设备的高电压性能。选择正确的封装时，上述讨论的某些相同的高电压要求（爬电距离、电气间隙、工作电压、浪涌电压、隔离耐压）可能会起作用。具有较大爬电距离和电气间隙的较大封装将允许使用更高的隔离电压规格。如果使用较小的封装选项可以同时满足您的系统法规要求，则可考虑使用此选项来帮助节省电路板空间和成本。此外，需考虑您的通信接口需要多少个隔离通道，因为较高的通道数量将决定可使用哪种封装类型。
步骤3：确定通道数和配置
确定好规格、要求和封装之后，仅需考虑其他几个选项。首先，确定您的信号需要多少个隔离通道以及每个信号的发送方向。这将有助于确定所需的通道数量和通道配置。接下来，考虑您偏好设计的默认输出状态（或故障安全状态）。这确定了当数字隔离器的输入通道未上电或引脚悬空时，输出管脚将处于哪种预定义状态（高电平或低电平）。选项可能同时适用于默认的高输出和低输出。
参考文档：TI技术文章。
GB4943.1-2011标准可从这里下载。
