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La fonction principale d'un isolateur est de transmettre une certaine forme d'information à travers une barrière d'isolation électrique tout en bloquant le courant. L'isolateur est fait d'un matériau isolant qui peut bloquer le courant électrique et les deux extrémités de la barrière d'isolement ont des éléments de couplage. L'information est généralement codée par l'élément de couplage avant d'être transmise à travers la barrière d'isolement.
Les isolateurs numériques icoupler® du fabricant de cartes de circuits imprimés Adi utilisent des micro - transformateurs à puce comme éléments de couplage pour transmettre des données à travers une barrière isolante en polyimide de haute qualité. Il existe deux principales méthodes de transfert de données utilisées dans les isolateurs icoupler: single end et Differential. Lors du choix d'un mécanisme de transmission de données, des choix d'ingénierie sont nécessaires pour optimiser les caractéristiques souhaitées du produit final.
Dans la transmission de données à une extrémité, nous utilisons un transformateur, une extrémité de l'enroulement primaire est reliée à la terre. Le Code de conversion logique dans le signal d'entrée est une impulsion qui est toujours positive par rapport à la masse et qui se trouve sur la puce émettrice. Ceci est également appelé "une impulsion, deux impulsions", car les fronts montants sont codés en deux impulsions consécutives, tandis que les fronts descendants sont représentés en une seule impulsion (voir le Haut de la figure 1). Le récepteur à l'autre extrémité de la barrière d'isolement reçoit le signal et détermine si une ou deux impulsions ont été émises; Il reconstruira ensuite la sortie en conséquence.
La transmission de données différentielles utilise un véritable transformateur différentiel. Dans ce cas, une seule impulsion est toujours émise lorsqu'un bord d'entrée est détecté, mais la polarité de l'impulsion détermine si la transition va monter ou descendre (bas de la figure 1). Le récepteur est une véritable structure différentielle et met à jour la sortie en fonction de la polarité des impulsions.
Transfert de données unique et différentiel
L'un des principaux avantages de l'approche à extrémité unique est sa faible consommation d'énergie à faible débit de données. Cela est dû au fait que les récepteurs différentiels nécessitent plus de courant de polarisation DC que les Triggers CMOS Schmidt utilisés dans les récepteurs à extrémité unique. Cependant, la méthode différentielle a une faible consommation d'énergie à des taux de débit plus élevés pour deux raisons: le niveau d'entraînement et le nombre d'impulsions. Le niveau d'entraînement du transformateur peut être abaissé car le récepteur n'a qu'à déterminer la polarité, et non s'il s'agit d'une impulsion unique ou de deux impulsions. En moyenne, les systèmes à extrémité unique nécessitent 1,5 impulsion par arête, tandis que la transmission différentielle nécessite 1 impulsion par arête (réduction de 33%).
Un niveau d'entraînement réduit et moins d'impulsions peuvent également réduire le rayonnement RF. La cause du rayonnement est que les impulsions de courant dans l'alimentation entraînent un rayonnement de la structure de la carte de circuit imprimé. Comme il y a moins d'impulsions et que l'énergie de chaque impulsion est faible, le rayonnement RF produit est considérablement réduit.
La transmission différentielle présente également deux avantages par rapport aux systèmes à extrémité unique: le retard de propagation et l'immunité. Dans une approche à un seul bout, lorsqu'une seule impulsion ou deux impulsions sont créées, il doit y avoir une relation temporelle spécifique et le récepteur doit analyser les impulsions dans une fenêtre temporelle spécifique. Ces exigences limitent le codage et le décodage, et finalement le retard de propagation à travers le dispositif. Ceci, à son tour, limite le débit total que l'appareil peut atteindre. La méthode différentielle est moins restrictive car elle utilise toujours une seule impulsion et donc un retard de propagation plus faible et un débit plus élevé.
Le récepteur différentiel peut détecter de manière fiable le signal différentiel émis par l'émetteur et peut également supprimer le bruit de mode commun inutile qui prévaut dans le système d'isolation, améliorant ainsi considérablement l'immunité transitoire de mode commun (cmti). Les récepteurs différentiels sont moins sensibles aux bruits d'alimentation et ont donc une immunité plus élevée. Les LED utilisées dans le couplage optique sont essentiellement à une extrémité, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les performances cmti du couplage optique sont généralement médiocres. La transmission différentielle des données améliore considérablement les performances des isolateurs numériques icoupler par rapport aux coupleurs optiques.
La méthode de transmission de données est également une option pour les concepteurs d'optimiser les performances des isolateurs numériques. L'utilisation de véritables éléments de couplage différentiel comme base de la technologie icoupler peut offrir une grande flexibilité à cet égard, ce qui n'est généralement pas possible avec les coupleurs optiques et les dispositifs de couplage capacitif.
