一 行业现状
继美国之后，我国也将智能电网的发展提到战略的层面。智能电网要求从发电、输电到配电的整个电网，包括系统和元器件可靠、安全，能够保证供电的连续性、安全性，低压电器为了适应智能电网的应用，提高低压配电与控制系统运行可靠性以及自动化程度，实现系统网络化是发展的必然方向。一旦系统实现网络化，低压电器必须具有双向通信功能，经通信适配器能与各种现场总线系统连接。工业以太网技术发展与应用，使配电系统通信网络变得更简洁、更高效。同时，低压电器必须具有更高的动作可靠性和承受环境变化带来的影响。
由于低压电器所处的工作环境非常恶劣（如强磁场，电磁辐射，瞬态干扰脉冲，温度），低压电器通信的可靠性受到挑战；为了保证通信的准确可靠和系统稳定，通常会选用一些隔离器件将通讯数据在接口上实现电气隔离，提高低压电器工作的可靠性。
二 隔离技术
当前的隔离技术主要有：变压器、光耦合器、iCoupler隔离器、电容隔离以及GMR隔离器，都提供电流隔离的典型方法，它们能阻断不共地两点之间的电流，同时允许数据顺利通过。所谓“隔离”是用来保护设备以防由电源浪涌或接地环路引起的高电压或电流而造成设备损坏或工作失常。如果不采用隔离，上述电流会引入噪声，降低数据传输可靠性，甚至会毁坏系统元件。
1. 光耦合器
光耦合器是应用范围较广的产品，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，一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端是电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。光耦合器会占用很大的空间，传输频率也相当有限(最多仅数十个Mbps)。更糟的是，光耦合器的效能还会随着环境温度的增加而下降。随着系统温度升高，光耦合器的驱动电流需求在许多情形下会增加一倍，这是因为电流传送比(CTR，代表输入信号传送到输出端的比值)会随着温度从25℃升高至100℃而减少六成。这会增加光耦合器驱动电流和系统散热需求。
2. iCoupler隔离器
iCoupler技术基于芯片级变压器，采用晶圆级工艺直接在片上制作变压器。iCoupler变压器采用平面结构，在晶圆钝化层上使用CMOS金属和金构成。金层下有一个高击穿的聚酰亚胺层，将顶部的变压器线圈与底部的线圈隔离开来。连接顶部线圈和底部线圈的CMOS电路为每个变压器及其外部信号之间提供接口。使用传送到给定变压器初级端的1 ns脉冲对输入逻辑跳变进行编码。这些脉冲从变压器初级线圈耦合到次级线圈，并且由次级端电路检测。然后，该电路在输出端重新恢复成输入数字信号。此外，输入端还包含一个刷新电路，保证即使在没有输入跳变的情况下输出状态也与输入状态保持匹配。
3. GMR隔离器
GMR高速数字隔离器件是采用GMR巨磁电阻技术集成的高速CMOS器件。巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。在GMR隔离器中，输入端信号在低电感线圈感应电流，产生正比的磁场。总的磁场改变GMR的电阻，通过CMOS集成电路分析，输出就是输入信号的精确重生。GMR在隔离方面具有两个重要的优势。首先，GMR电阻的巨大变化提供了一个更大的信号。其次，也许更重要的是， GMR技术与集成电路技术兼容，允许巨磁阻器件可作为一部分芯片的封装，这将导致更小，更快，更精确的器件。
4. 电容耦合隔离器件
电容耦合使用不断变化的电场来通过隔离层实现信息传输。电容器极板之间的材料是电介质绝缘体(二氧化硅)，即隔离层，这种高性能的绝缘体具有很稳定的可靠性和耐用性以及抗磁干扰能力和抗瞬态电压能力。采用电容隔离层的优势是效率高，无论在体积、能量转换还是在抗磁场干扰方面均如此。电容耦合的缺点在于无差分信号，并且噪声与信号共用同一条传输通道。这就要求信号频率应远高于可能出现的噪声频率，以便使隔离层电容对信号呈现低阻抗而对噪声呈现高阻抗。电容耦合存在带宽限制，并需要时钟编码数据。
三NVE隔离器性能
NVE公司于1998年推出了基于GMR技术的隔离产品，是全球第一家把GRM技术产业化的供应商。图1是隔离器的内部设计图。在GMR磁电隔离器中，由线圈内的电流产生磁场，并通过绝缘势垒扩展磁场，GMR元件传感这个场。由于线圈电路和传感电路被高介电强度介质隔开，这样，在驱动线圈和传感磁场时，数据(信号)就可以通过这个器件；而且线圈电路和传感电路彼比之间没有直接的连接通道，即它们是弧立的，故可以获得很高的隔离电压。给GMR磁场敏感元件镀上高导磁率坡莫合金软磁层，既可以减少外部磁场的干扰，又可以使片上线圈电流产生的磁场倍增。
图1 隔离器的内部设计图
磁隔离(IsoLoop)最重要的优点是容易与芯片上的电子元件集成；有可能同其他通信电子元件集成为多通道隔离器，且设计和制造工艺较简单。具有以下优势：
1. 传送波特率高－－－－-目前设计的GMR磁电隔离器，能够达到110Mbps，最高为150Mbps。而市售的速度最快的光电隔离器的工作速度约为10Mbps。使用变压器的隔离器也可以在甚高频下以25Mbps的速度工作。但是使用这种隔离变压器时，必须对数据编码，并且不适合于任意的随机逻辑传输；
2. 数据转换性能高－－－－-2ns脉冲失真，10 ns典型的传输延迟，4ns典型的传输差异。低的脉冲失真，能够确保数据传输的准确性；在光耦的应用时，为了达到这一目的，都在程序上加入容错的处理，这样一旦发生故障，响应的时间会增长。快的传输延迟，能够是数据及时达到，保证系统运行在正确的状态。
3. 安全规格－－－－-2.5KVrms隔离/1分，30 kV/µs瞬态抗扰度，工作温度范围-40-125°C。符合IEC61010-1 UL1577 EN50081-1 EN50082-1。
4. 体积小－－－－集成度高，单芯片最多集成5个通道；除了SOIC封装外，还有更小体积的MSOP，更好的节省PCB空间。
四 应用
NVE公司推出的IL41050是一款使用单芯片隔离CAN/DeviceNet收发器，完全符合ISO11898 CAN 标准，集成了一CAN收发器，工作温度范围-55-125°C，能够满足汽车、工业自动化、通信等领域。
图2 IL41050方案图
图2是IL41050的CAN总线隔离方案，用一个隔离型的DC-DC Converter和IL41050就可以实现，不需要额外的收发器，能够减少器件，节约成本。对于CAN总线来说,传输回路的延迟非常重要 Loop Delay，IL41050的延迟只有180ns，是一款性能出色的隔离芯片。
此外，还有很多其他类型的产品，如IL600系列替换光耦的首选；针对各种通信接口（RS485,RS232,SPI,I2C等），由特定的产品提供更好的隔离解决方案。（各方面的隔离方案）
五 总结
在低压电器越来越智能化，可靠性要求也越来越严格的情况下，选择性能更高、成本更低的隔离产品，NVE隔离产品满足这些要求严格的地方使用，是一个不错的选择。