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Optocouplers have existed in various forms since the late 1960s and find use in many different applications. Because optocouplers suffer from a myriad of technical issues, the user community has been forced to remedy optocoupler quirks by adding external components. Without a superior solution to immediately address the isolation function, optocouplers have been regarded by the design community as “good enough.” ### 数字隔离器的演进推动光耦合器替换 #### 引言 自20世纪60年代末以来，光耦合器（Optocoupler）作为一种隔离技术，在多种应用领域内得到了广泛的应用。然而，由于其固有的技术限制与不足之处，设计师们常常需要通过增加外部组件来弥补这些缺陷。尽管如此，在没有更优秀的解决方案出现之前，光耦合器一直被设计社区视为“足够好”的选择。随着技术的进步和市场需求的变化，越来越多的应用场景对于性能与可靠性有着更高的要求，这使得光耦合器的技术局限性逐渐显现出来。 #### 光耦合器的问题与局限性 光耦合器的核心部件是发光二极管(LED)，这种基于LED的设计存在一系列问题，比如LED的磨损和老化效应通常限制了设备的使用寿命大约在10年左右。这对于那些希望开发具有20年以上保修期产品的工业系统设计师来说是一个难题。例如，在太阳能逆变器、开关电源(SMPS)、工业驱动器、可编程逻辑控制器(PLC)以及高压医疗设备等工业应用中，都需要更加坚固耐用的隔离设备，并且这些设备需要具备显著更高的性能、可靠性和集成度，而传统的光耦合器无法满足这些需求。 #### 面临的挑战 虽然高级的CMOS隔离器件已经上市超过10年，但它们的封装和引脚配置通常需要对设计师的印刷电路板(PCB)布局进行重大改变，这不仅增加了设计风险，也提高了系统的成本。此外，光耦合器的设计和制造过程中存在的技术局限性，如LED的老化问题，限制了它们在高要求应用场景中的适用性。 #### 21世纪的替代方案：数字隔离器 近年来，随着技术的发展，成本效益更高且易于使用的光耦合器替代品已经出现。这些先进的、与封装及引脚兼容的光耦合器替换产品提供了比传统光耦合器更高的性能和可靠性，同时避免了光耦合器的技术局限性。例如，Silicon Labs推出的Si87xx系列数字隔离器可以直接替换6针和8针的光耦合器，并适用于光耦合器的改造以及新系统的开发。这些设备能够直接连接到现有的外部光耦合器输入电路，包括那些反向偏置光耦合器输入LED的电路。这些数字隔离器采用了基于CMOS的隔离架构，其可靠性比光耦合器高出十倍以上。 #### 数字隔离器的优势 - **可靠性**：基于CMOS的数字隔离器相比于传统的光耦合器具有更高的可靠性，尤其是在长期使用和高温环境下。 - **性能**：数字隔离器能够提供更快的数据传输速度和更低的功耗，这对于高性能和低功耗应用至关重要。 - **寿命**：由于不依赖于LED这样的易损件，数字隔离器的使用寿命远超光耦合器。 - **集成度**：数字隔离器通常集成了更多的功能，如内置的故障检测机制，从而简化了电路设计并提高了系统的整体性能。 - **兼容性**：与现有光耦合器电路兼容，可以轻松地进行替换升级，减少了重新设计的负担。 #### 结论 随着工业自动化和信息技术的快速发展，对高质量隔离技术的需求不断增长。数字隔离器作为一种先进的替代方案，正在逐步取代传统的光耦合器。通过提供更优的性能、可靠性和集成度，数字隔离器为工业系统设计师提供了一种更具竞争力的选择，帮助他们应对日益复杂的技术挑战。