技术创新弥补EMI短板,磁隔离持续走强

半导体技术的进步将电路尺寸不断压缩,曾经用一个大房间才能存放的大型计算机性能今天一台笔记本就可以做到,集成电路的集成度已经达到单芯片数亿晶体管的规模。然而,半导体技术一路高歌猛进却似乎总是有几道“魔咒”难以破除,包括电容、电感、光耦和变压器这样的无源器件的集成一直没有明显的突破,特别是尺寸庞大但应用广泛的变压器成了开关电源设计工程师一直以来的噩梦,大尺寸、高功耗、EMI辐射、纹波……各种掣肘如影随形。

 
磁耦是基于iCoupler磁隔离 技术的隔离器件,也称为磁隔离器。iCoupler磁耦隔离器是基于芯片尺寸变压器的磁耦合器,与传统光耦合器中采用的发光二极管(LED)和光电二极管不同,iCoupler磁隔离技术通过采用晶圆级工艺直接在片上制作变压器。
 
作为高性能模拟技术提供商,ADI一直在尝试突破这些阻碍模拟技术进步的“魔障”,其研发的iCoupler磁隔离技术将传统的变压器用标准半导体制造工艺实现了集成,将传统的采用磁芯的机械式变压器片上化,并且具有高带宽、低电感和高阻抗等优点。ADI公司利用微变压器设计方面的经验,开发出了芯片级DC-DC功率转换器isoPower系列。最近,ADI再次发布  系列新品,将产品的关键性能EMI指标实现“大跃进”,磁隔离在传统性能优势上进一步解决了过去EMI短板,实现鱼与熊掌可以得兼的目标。
技术创新弥补EMI短板,磁隔离持续走强
                                                                      隔离电源EMI辐射示意框图
 
革命性电源架构第二代克服EMI短板
 
ADI磁隔离技术历经近20年的发展,最开始的产品是信号隔离。磁隔离的特点就是它含有全能量,基于该技术ADI多年后又推出了内置变压器的芯片级电源隔离产品,跟普通芯片一样在纯净厂房里跟半导体器件一样生产出来,而不是像传统的零散机械元件组装而成。
技术创新弥补EMI短板,磁隔离持续走强
                                第二代技术满足了无线电干扰特性CISPR 22/EN 55022 B类辐射标准
 
“第一代技术尺寸特别小的特点为大家所欢迎,但缺点也明显——EMI不是很好,辐射比较大。因为芯片级的线圈尺寸很小,所以它的工作频率特别高,数百兆的工作频率把能量传到隔离带时,必然有一些共模的信号或者噪声会辐射出去。” ADI数字隔离器产品部经理陈捷在一场演讲中表示。过去ADI工程师对这些问题也给予了修正的方法,如建议在隔离芯片两端跨接安规电容,用电容给它提供一个基础的反馈路径,或者利用四层PCB的内层要做一个交叠形成电容特性,从而提供一个低阻抗的反馈路径来抑制EMI。
 
“但很明显,这两种方法或多或少会给客户带来一些麻烦。所以,我们的研发团队一直在努力克服这个问题,我们现在的第二代产品就从芯片本身成功地解决了这个EMI的问题。”陈捷解释道。第二代产品在线圈的设计上做了一些改进,对称性更好,并在频率频谱上增加扩频,将原来频谱工作频率的尖峰峰值扩开。“原来可以看到是一个单点的尖峰,现在用扩频的方式把它展开了,就把能量降下来了。”陈捷指出,新的指标可以轻松达到Class A、Class B的辐射标准。“利用第二代技术不需要做任何跨接电容处理,可以只用两层PCB板,在输出端加两个磁珠和两个电容即可。”陈捷表示。
技术创新弥补EMI短板,磁隔离持续走强