一文看懂川土微电子隔离器核心技术！-Ameya360 electronic components purchasing network

一文看懂川土微电子隔离器核心技术！

Release time：2025-07-17

author：AMEYA360

source：川土微

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　　一、Pulse-Coding调制解调技术

　　所谓隔离器，类似于在一颗芯片左右两侧的微距离上实现无线射频收发系统，在这样一个收发系统里面，其实包括发射机和接收机以及隔离介质三部分。

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　　目前主流架构主要包括Pulse调制架构和OOK调制架构。Pulse架构和OOK调制架构的优点是低功耗、低传输延迟、高传输速率，缺点则是在有干扰信号的时候容易丢码或增加码造成传输出错，所以CMTI的能力比较差。

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　　于是市场上就出现了一种需求：既能满足可靠性高，还要达到低功耗。Pulse-Coding调制解调技术就是一种这样的架构。它的原理是采用边沿编码技术，对上升沿和下降沿进行编码，同时在编码结束之后，会进入休眠状态，这样的话就同时克服了抗干扰能力差和功耗低的缺点，同时还集成了一个refresh的技术，确保输入与输出在任何状态下都是一致的。这种架构的CMTI会达到200Kv/uS。

　　二、增强耐压技术

　　众所周知，隔离器的耐压主要是由其中间绝缘介质的材料来决定的，而现在主流的绝缘材质有三种：光耦、磁隔、容隔。光耦和磁隔所采用的绝缘介质是聚酰亚胺，容隔的绝缘介质是二氧化硅。

　　下图的表格可以看到，聚酰亚胺特性大约是300伏每微米，二氧化硅的耐压大约是500伏每微米。同时由于PI也就是聚酰亚胺的制作工艺难度，一般只能做到20um左右，技术较高的话可以做到30um。

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　　二氧化硅的厚度可以达到10~20，乘以2的话能到20~40um，所以容隔的二氧化硅耐压特性是非常好的。

　　川土微电子的隔离器采用的就是容隔这种架构。容隔还有一个优点，它一般是用两个隔离电容进行串联，耐压就是两个隔离电容耐压之和，可以起到双重保护作用。如果有一个电容出现故障，另外一个电容依旧能作用起到隔离作用。川土微电子为了实现耐压增强的技术，从四方面做了工作：

　　1.工艺合作开发：川土微电子与一些工厂进行工艺合作开发，提升产品耐压。

　　2.版图设计：采用圆形电容，实现更高的耐压。

　　3.超强解调电路设计

　　4.封装设计

　　三、高CMTI技术

　　所谓CMTI就是共模瞬态抗扰度，它是指在原边和副边两个地之间加入一个快速的扰动，然后看传输信号是否出错。它的关键因素是扰动幅度和斜率，幅度一般为1500v，斜率一般是用千伏每微秒的单位来衡量。川土微电子的CMTI技术包含以下三种：

　　全差分发射及接收机架构技术：创新的高CMTI接收电路(专利保护)

　　等效共模输入阻抗控制技术：实现接收电路共模电平在CMTI情形下仍能够正常工作

　　数字滤波技术：以延迟时间或更低的传输码率兑换更优的CMTI性能

　　四、低EMI技术

　　由于越来越多的客户对EMI都非常关注，川土微电子针对EMI也实现了以下技术：

　　抖频技术：将内部时钟频率进行展频，将频谱能量打散，将能量峰值降低。

　　晶圆上使用金属屏蔽层：在裸芯的顶层铺满金属，用来屏蔽电磁干扰和电场干扰。

　　Pulse-Coding技术：只在信号边沿发射编码脉冲，降低发射能量。

　　高增益RX电路设计：只需较小隔离电容值，便能正常解调工作，减小共模耦合。

　　容隔架构：通过电场传递信号，相比磁隔通过磁场传递信号，辐射天然较小。

　　五、全集成隔离DC-DC

　　全集成隔离DC-DC相当于多合一的高度集成的芯片，包括三个部分：隔离电源模组、数字隔离器、数字隔离接口。

　　这颗集高度集成三合一的产品，能够将左边三者同时集成到一颗芯片里面，可以看到上图右侧，就是这颗芯片的内部结构示意图，芯片内部有平面变压器、隔离器以及接口多颗裸芯合封在一起，将全集成的隔离器芯片的封装尺寸做到业界最小，装在一颗SOW16封装里。同时转化效率达到了53%，这在业界也是非常高的一个指标。

　　以上，就是川土微电子隔离器的一些核心技术。目前川土微电子的隔离器产品已经广泛应用于工业控制、电源能源、仪器仪表、消费电子、汽车电子等多个领域，未来，川土微电子将持续新品研发，以满足不同客户需求。

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行业新闻

川土微电子CA-IS3217/8-Q1集成隔离ADC单通道栅极驱动器

　　在新能源汽车、高效能源转换等关键系统中，功率器件的驱动与保护性能直接影响整机可靠性与能效表现。川土微电子全新推出的 CA-IS3217/8-Q1 系列增强型隔离栅极驱动器，目前已正式量产。该产品集成±10A强驱动、隔离ADC(精度±0.5% ，用于母线采样)、原副边ASC、快速DESAT保护与软关断等多项主动保护功能于一体，以系统级思维重新定义驱动芯片的安全边界，为SiC/IGBT应用提供更高集成度、更高可靠性的驱动解决方案。　　01 产品概述　　CA-IS3217/8-Q1 是一系列基于电容隔离的集成多种保护功能的单通道栅极驱动器，可用于驱动SiC、IGBT和MOSFET器件。器件具有先进的主动保护功能、出色的动态性能和高可靠性，同时具有高达±10A 峰值的拉/灌电流能力。　　CA-IS3217/8-Q1 通过 SiO2 电容隔离技术实现控制侧与驱动侧的电气隔离，支持1.5kVRMS的隔离工作电压、12.8 kVPK 浪涌抗扰度，额定工作电压下隔离栅寿命超过 40年，同时具有良好的器件一致性以及>150 kV/μs 的共模瞬态抗扰度(CMTI)。　　CA-IS3217/8-Q1 具有PWM输出的隔离采样功能(ANW版本)，可用于温度采样，包含NTC或热敏二极管等，以及母线电压采样等功能。　　CA-IS3217/8-Q1 具有以下多重保护功能：快速过流和短路检测、有源短路保护、有源米勒钳位、主动下拉、短路钳位、软关断、故障报告、控制和驱动侧电源UVLO，同时针对SiC和IGBT开关行为进行了优化，并提高了可靠性。CA-IS3217/8-Q1 全系列采用SOIC-16宽体封装，爬电距离和间隙距离大于8mm。图1 CA-IS17-Q1系统典型应用图　　02 特性　　5.7 kVRMS耐压等级的单通道隔离栅极驱动器　　驱动最高达 2121 VPK的 SiC MOSFET和 IGBT　　VDD电源耐压最大 36 V(VDD–VEE)　　±10A 峰值驱动电流能力　　内置 5A 峰值电流有源米勒钳位　　200ns 响应时间的快速 DESAT 保护功能　　短路故障时 400 mA (IGBT)或1 A (SiC) 软关断　　驱动侧和控制侧独立的ASC 输入控制，用于在系统故障时强制开通功率管(CA-IS3217/8LNW-Q1和CA-IS3217/8SNW-Q1版本)　　集成隔离ADC功能(CA-IS3217/8ANW-Q1版本)，可用于温度采样和母线采样　　- AIN范围 0.04 V~4.96 V　　- APWM输出精度 ±0.5%　　- APWM输出频率 10 kHz　　- 200 μA内置电流源可选　　过饱和故障时，FLT警告，通过RST/EN复位　　快速响应的RST/EN关断/使能　　输入引脚上40 ns(典型值)瞬态和脉冲抑制功能　　12 V VDD UVLO 和电源READY指示功能　　直通死区保护　　延时特性：　　- 130 ns(最大值)传播延迟　　- 30 ns(最大值)脉宽失真　　- 30 ns(最大值)器件间延时匹配　　高共模瞬态抗扰度：150 kV/μs(最小值)　　SOIC-16 宽体封装，爬电距离和间隙距离 >8mm　　额定工作电压下隔离栅寿命大于40年　　工作结温(TJ)范围：–40°C至 150°C　　03 典型应用场景　　汽车电驱逆变器　　新能源车载充电器(OBC)　　汽车高压DC-DC变换器　　直流快速充电桩　　工业电机驱动、光伏/储能逆变器　　04 隔离ADC特性　　CA-IS3217/8-Q1 系列集成了高精度隔离SAR ADC功能，将驱动侧AIN 引脚的模拟输入信号经过增强隔离栅传输至控制侧APWM引脚的占空比输出信号，MCU可直接计算占空比信号或外置RC滤波后MCU读取模拟量，如下图所示可实现隔离温度采样或母线电压采样等功能。AIN引脚内部集成一个200μA电流源，精度为±3%，可为热敏二极管提供正向偏压或在温度感应电阻器上产生压降。　　AIN电压支持0.04 V - 4.96 V满量程输入，则APWM占空比从99.2% - 0.8%线性变化。不同温度下满量程精度可满足±0.5%，无需校准。APWM工作频率为10 kHz。　　APWM占空比满足如下公式:　　DutyAPWM(%)= -20 × VAIN +100图2 隔离ADC典型应用图　　如下图所示，基于CA-IS3217-Q1 产品实验室实测隔离ADC精度结果，在有效输入0.04-4.96 V范围内，每1 mV 取样一次，其结果在不同温度下满量程总误差约 ±10 mV，可达到 ±0.2% 精度。图3 隔离ADC输入电压与总误差关系　　05 小结　　CA-IS3217/8-Q1 系列是川土微电子在“隔离+驱动+采样+保护”技术路径上的重要突破。它不仅延续了川土微在电容隔离与栅极驱动领域的技术积累，更通过高度集成化的主动保护策略与可配置采样功能，大幅提升了系统层面的功能安全与设计灵活性。　　未来，川土微将继续围绕客户在新能源汽车、能源基础设施等领域的核心需求，持续拓展高性能、高可靠性隔离类芯片产品组合，助力客户构建更安全、更高效的下一代电力电子系统。

2025-12-01 15:09 reading：253

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