光耦继电器坎坷的"国产替代"之路！

    光耦隔离的优点和缺点！

    光耦是上世纪70年代发展起来的电子隔离器件，它以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用。由于光耦的体积小、寿命长、无触点，具备抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘、单向传输信号等优点，在电子电路设计上得到了广泛应用。光耦目前已成为种类最多、用途最广的光电器件之一，包括晶体管光耦合器、高速集成电路输出耦合器、三端双向可控硅耦合器以及光控继电器等，广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大及固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

    速度和功耗是设计工程师最为看重的光耦参数指标。不同的应用对光耦的速度要求也有所不同，例如在通信应用中，DeviceNet规定了相对较低的数据速率，包括125kBd、250kBd和500kBd，传播延迟要求小于40ns，CAN总线规定了125kBd低速和1MBd高速数据速率，但对传播延时没有严格的要求，Profibus发送数据则要求在12MBd范围内，并规定了隔离器、收发器和连接本身的PWD总延时。

    在功耗方面，一些超低功耗光电耦合器产品采用独特的集成电路设计和厚绝缘层材料，在不影响隔离和绝缘性能的条件下可大幅度降低功耗，适合RS485、CANBus和I2C等通信接口、微处理器系统接口，以及A/D和D/A等模数转换应用的数字隔离。

    除了速度和功耗外，光耦继电器产品也正在趋向于低电压特性。由于越来越多的电子产品转向更低的供电电压，这也要求光耦具有低电压特性以满足系统的需求。此外，随着系统集成度不断提高，工作环境日趋严格，光耦产品的体积、工作温度也开始受到前所未有的挑战。近二三十年来，容耦、磁耦、阻耦、CMOS数字、SiO2等新型隔离器层出不穷，给光耦带来了很大的冲击，有逐渐被替代的危险。

    数字隔离的优点和缺点！

    直至1990年代后期，光耦基本上是市场上唯一的解决方案。由于光耦合器使用来自LED的光通过隔离屏障传输数据，因此在数据传输应用中，LED打开时为逻辑高电平（LogicHIGH），而关闭时为逻辑低电平（LogicLOW），这意味着在传输的过程中会持续产生功秏。然而，以CMOS为基础的数字隔离器使用电感（磁性）或电容耦合来传输讯号，有较快速的传输响应，可以利用编码来表达逻辑高电平和逻辑低电平。因此数字隔离器能在长时间的高电平下减少功秏，同时能够处理复杂的双向接口，如485和I2C。

    采用数字隔离器替代光耦具有如下好处：

    提高数据速率和时序特性

    集成多个隔离通道和其它功能，可缩小尺寸、降低成本

    功耗比光耦节省高达90%

    连接其它数字器件所需的外部元件最少

    无需光耦所用的LED，提高可靠性

    数字隔离的优点包括高速、长寿命、鲁棒性、良好的时序规范和更低的功耗等。但是，数字隔离元件在很多中低端应用中并不具有成本竞争力。此外，对于某些应用而言，光耦已经得到久经考验且十分可靠，数字隔离器要想替代光耦并非易事，设计人员不太愿意冒尝试新技术的风险。光学、磁性或电容隔离等不同隔离方案的选择将取决于特定客户的需求、具体细节和具体应用。这些利弊并不会随着时间的推移而发生实质性变化。

    对于高低电平信号的传输，有的工程师可能会认为用光耦更划算，光耦在单颗元件成本上确实具备优势，但综合考虑整体方案成本及性能，数字隔离方案在一些场景中仍是优选方案。具体来看，光耦最大的缺点是对温度的依耐性非常高，温度变化引发的光耦性能变化会导致电路性能下降，因此在高温工作环境与对体积要求高的应用场合，数字隔离器是更好的光耦替代方案。

    华南微半导体数字隔离芯片可应用在通信、数字电源、工控、光伏、新能源汽车等系统中，特别适合于对隔离耐压要求较高、需要加强绝缘的各类严苛应用环境。

    中国是光耦产品的消费主战场。目前，国内光耦的需求主要集中在中低端的消费类、通用类领域，例如手机充电器和电水表等。除了消费电子，光耦器件在工业、汽车电子等应用中已逐渐成熟。数字隔离器集成IC替代低阶光耦是一种趋势。现在有很多USB接口就自带电路保护功能，集成IC方案可以让元器件更集成化，且成本更低，适合需要严格成本控制的终端厂家。

    此外，在一些新兴的应用市场，比如氮化镓快充充电器，数字隔离器可以与氮化镓器件更好地配合，将逐渐为电子工程师所接受而成为主流的隔离替代方案。