ADUM3221BRZ

隔离的4 A双通道栅极驱动器 ADuM3220/ADuM3221 特性 概述 峰值输出电流：4 A 精确时序特性 隔离器和驱动器传播延迟：60 ns(最大值) 通道间匹配：5 ns(最大值) 工作结温高达：125°C 3.3 V至5 V输入逻辑 4.5 V至18 V输出驱动 UVLO：2.5 V VDD1 ADuM3220A/ADuM3221A UVLO：4.1 VVDD2 ADuM3220B/ADuM3221B UVLO：7.0 V VDD2 150°C以上时提供热关断保护 ADuM3220提供输出直通逻辑保护 默认低电平输出 高工作频率：DC至1 MHz CMOS输入逻辑电平 高共模瞬变抗扰度：>25 kV/μs 增强的系统级ESD保护性能，符合IEC 61000-4-x标准 UL 1577 2500 V rms 输入至输出耐受电压(申请中) 薄型、小尺寸 8引脚窄体SOIC封装，符合RoHS标准 5 mm × 6 mm × 1.6 mm ADuM3220/ADuM32211是采用ADI公司iCoupler®技术的 4 A隔离式双通道栅极驱动器。这些隔离器件将高速 CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于脉冲变 压器和栅极驱动器组合等替代器件的出色性能特征。 ADuM3220/ADuM3221提供两个独立隔离通道中的数字 隔离。它们具有60 ns的最大传播延迟和5 ns的通道间匹 配。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比， ADuM3220/ADuM3221的输入与各输出之间具有真电流 隔离优势，能够跨越隔离栅实现电压转换。ADuM3220 拥有直通保护逻辑，能够防止两路输出同时开启，而 ADuM3221允许两路输出同时开启。它们均可提供默认 低电平输出特性，这对栅极驱动应用来说是必不可少 的。 ADuM3220/ADuM3221工作时的输入电源电压范围在3.0 V 到5.5 V之间，可与较低电压系统兼容。ADuM3220A/ ADuM3221A输出端的工作电源电压为5 V到18 V。 ADuM3220B/ADuM3221B输出端的工作电源电压为8 V 到18 V。 ADuM3220/ADuM3221规 定 结 温 范 围 为 −40°C至 +125°C。 应用 隔离式同步DC/DC转换器 MOSFET/IGBT栅极驱动器 ADuM3220 8 VIA 2 ENCODE DECODE AND LEVEL SHIFT VIB 3 ENCODE DECODE AND LEVEL SHIFT GND1 4 7 VOA VIA 2 6 VOB VIB 3 5 GND2 图1. 1 ADuM3221 8 VDD2 ENCODE DECODE AND LEVEL SHIFT 7 VOA ENCODE DECODE AND LEVEL SHIFT 6 VOB 5 GND2 VDD1 1 VDD2 08994-001 VDD1 1 GND1 4 08994-102 功能框图 图2. 受美国专利第5,952,849号、6,873,065号、7,075,239号保护。 Rev. B Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2010–2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 ADuM3220/ADuM3221 目录 特性.....................................................................................................1 绝对最大额定值...............................................................................1 应用.....................................................................................................1 ESD警告 ........................................................................................1 概述.....................................................................................................1 引脚配置和功能描述 ......................................................................1 功能框图 ............................................................................................1 典型工作特性 ...................................................................................1 修订历史 ............................................................................................2 应用信息 ............................................................................................2 技术规格 ............................................................................................3 印刷电路板布局 ..........................................................................3 电气特性—5 V电源 ....................................................................3 传播延迟相关参数 ..........................................................................3 电气特性—3.3 V电源 .................................................................4 热限制和开关负载特性 .............................................................4 封装特性 .......................................................................................5 输出负载特性...............................................................................5 法规信息 .......................................................................................6 直流正确性和磁场抗扰度.........................................................6 隔离和安全相关特性 .................................................................7 功耗 ................................................................................................7 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性 ..............8 隔离寿命 .......................................................................................8 建议工作条件...............................................................................9 外形尺寸 ............................................................................................9 订购指南 .......................................................................................9 修订历史 2011年3月—修订版A至修订版B 增加ADuM3220BRZ和ADuM3221BRZ型号....................... 通篇 更改特性和概述部分 ......................................................................1 更改表1 ..............................................................................................3 更改表2 ..............................................................................................4 更改订购指南 .................................................................................14 2011年1月—修订版0至修订版A 增加ADuM3221......................................................................... 通篇 更改特性和概述部分.1 增加图2，重新排序 ........................................................................1 更改尾注3、尾注4和尾注5、表1 ................................................3 更改尾注3、尾注4和尾注5、表2 ................................................4 更改表8 ..............................................................................................7 更改图4、表10和表11 ....................................................................8 增加表12，重新排序 ......................................................................8 增加图8 ..............................................................................................9 更改图19、直流正确性和磁场抗扰度部分.............................12 更改订购指南 .................................................................................14 2010年4月—修订版0：初始版 Rev. B| Page 2 of 16 ADuM3220/ADuM3221 技术规格 电气特性—5 V电源 所有电压均参照其各自的地。除非另有说明，4.5 V ≤ VDD1 ≤ 5.5 V，4.5 V ≤ VDD2 ≤ 18 V。所有最小值/最大值规格适用于 TJ = −40°C到125°C。所有典型值规格在TJ = 25°C，VDD1 = 5 V，VDD2 = 10 V下测得。开关规格的测试条件为CMOS信号电平。 表1 参数 直流规格 两个通道的输入电源电流，静态 两个通道的输出电源电流，静态 两个通道的总电源电流1 DC至1 MHz VDD1电源电流 VDD2电源电流 输入电流 逻辑高电平输入阈值 逻辑低电平输入阈值 逻辑高电平输出电压 逻辑低电平输出电压 欠压闭锁，VDD2电源 ADuM3220A/ADuM3221A 趋正阈值 趋负阈值 迟滞 ADuM3220B/ADuM3221B 趋正阈值 趋负阈值 迟滞 输出短路脉冲电流2 开关规格 脉冲宽度3 数据速率4 传播延迟5 传播延迟偏斜6 通道间匹配7 输出上升/下降时间（10%至90%） 每个通道的动态输入电源电流 每个通道的动态输出电源电流 刷新速率 符号 典型值 最大值 单位 IDDI(Q) IDDO(Q) 1.2 4.7 1.5 10 mA mA IDD1(Q) IDD2(Q) IIA, IIB VIH VIL VOAH, VOAH VOAL, VOBL 1.4 11 +0.01 1.7 17 +10 mA mA µA V V V V VDD2UV+ VDD2UV− VDD2UVH VDD2UV+ VDD2UV− VDD2UVH OA(SC), IOB(SC) 最小值 −10 0.7 × VDD1 0.3 × VDD1 VDD2 − 0.1 3.2 6.0 2.0 VDD2 0.0 0.15 4.1 3.7 0.4 4.4 V V V 7.0 6.5 0.5 4.0 7.5 V V V A 50 tDLH, tDHL tDLH, tDHL tPSK 35 36 PSKCD tPSKCD tR/tF tR/tF IDDI(D) IDDO(D) fr 14 14 45 50 1 1 20 22 0.05 1.5 1.2 1 60 68 12 5 7 25 28 ns MHz ns ns ns ns ns ns ns ns ns Mbps 测试条件 DC至1 MHz逻辑信号频率 DC至1 MHz逻辑信号频率 0 ≤ VIA, VIB ≤ VDD1 IOx = −20 mA, VIx = VIxH IOx = +20 mA, VIx = VIxL VDD2 = 10 V CL = 2 nF, V DD2 = 10 V CL = 2 nF, V DD2 = 10 V CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 VDD2 = 10 V VDD2 = 10 V 以相同数据速率工作时，两个通道的电源电流值合并。输出电源电流值是在无输出负载的条件下测得。以给定数据速率 工作的各通道所消耗的电源电流可 按照功耗部分所述进行计算。关于总VDD1和VDD2电源电流与数据速率的关系，参见图9和图10。 2 短路持续时间小于1 μs。平均功率必须符合“绝对最大额定值”下所示的限值。 3 最小脉冲宽度指保证额定时序参数的最短脉冲宽度。 4 最大数据速率指保证额定时序参数的最快数据速率。 5 tDLH传播延迟根据输入上升逻辑高电平阈值VIH到VOx信号的输出上升10%阈值的时间测得。tDHL传播延迟根据输入下降逻辑低电平阈值VIL到VOx信号的输出下降 90%阈值测得。有关传播延迟参数的波形，参见图18。 6 tPSK指器件在建议工作条件范围内的相同工作温度、电源电压和输出负载下工作时测得的tDLH和/或tDHL的最差情况偏差。有关传播延迟参数的波形，参见图18。 7 通道间匹配指任意两个通道在输入位于隔离栅同一侧的条件下，其传播延迟之差的绝对值。 1 Rev. B| Page 3 of 16 ADuM3220/ADuM3221 电气特性—3.3V电源 所有电压均参照其各自的地。除非另有说明，3.0 V ≤ VDD1 ≤ 3.6 V，4.5 V ≤ VDD2 ≤ 18 V。所有最小值/最大值规格适用于 TJ = −40°C到125°C。所有典型值规格在TJ = 25°C，VDD1 = 3.3 V，VDD2 = 10 V下测得。开关规格的测试条件为CMOS信号电平。 表2 参数 符号 直流规格 两个通道的输入电源电流，静态 两个通道的输出电源电流，静态 两个通道的总电源电流1 DC至1 MHz VDD1电源电流 VDD2电源电流 输入电流 逻辑高电平输入阈值 逻辑低电平输入阈值 逻辑高电平输出电压 逻辑低电平输出电压 欠压闭锁，VDD2电源 ADuM3220A/ADuM3221A 趋正阈值 趋负阈值 迟滞 ADuM3220B/ADuM3221B 趋正阈值 趋负阈值 迟滞 输出短路脉冲电流2 开关规格 脉冲宽度3 数据速率4 传播延迟5 传播延迟偏斜6 通道间匹配7 输出上升/下降时间（10%至90%） 每个通道的动态输入电源电流 每个通道的动态输出电源电流 刷新速率 典型值 最大值 单位 IDDI(Q) IDDO(Q) 0.7 4.7 1.0 10 mA mA IDD1(Q) IDD2(Q) IIA, IIB VIH VIL VOAH, VOAH VOAL, VOBL 0.8 11 +0.01 1.0 17 +10 mA mA µA V V V V VDD2UV+ VDD2UV− VDD2UVH VDD2UV+ VDD2UV− VDD2UVH IOA(SC), IOB(SC) 最小值 −10 0.7 × VDD1 0.3 × VDD1 VDD2 − 0.1 3.2 6.0 2.0 VDD2 0.0 0.15 4.1 3.7 0.4 4.4 V V V 7.0 6.5 0.5 4.0 7.5 V V V A 50 tDLH, tDHL tDLH, tDHL tPSK tPSKCD tPSKCD tR/tF tR/tF IDDI(D) IDDO(D) fr 36 37 14 14 48 53 1 1 20 22 0.025 1.5 1.1 1 62 72 12 5 7 25 28 ns MHz ns ns ns ns ns ns ns mA/Mbps mA/Mbps Mbps 测试条件 DC至1 MHz逻辑信号频率 DC至1 MHz逻辑信号频率 0 ≤ VIA, VIB ≤ VDD1 IOx = −20 mA, VIx = VIxH IOx = +20 mA, VIx = VIxL VDD2 = 10 V C L = 2 nF, VDD2 = 10 V C L = 2 nF, VDD2 = 10 V CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 10 V，见图18 CL= 2 nF，VDD2= 4.5 V，见图18 VDD2 = 10 V VDD2 = 10 V 以相同数据速率工作时，两个通道的电源电流值合并。输出电源电流值是在无输出负载的条件下测得。以给定数据速率 工作的各通道所消耗的电源电流可 按照功耗部分所述进行计算。关于总VDD1和VDD2电源电流与数据速率的关系，参见图9和图10。 2 短路持续时间小于1 μs。平均功率必须符合“绝对最大额定值”下所示的限值。 3 最小脉冲宽度指保证额定时序参数的最短脉冲宽度。 4 最大数据速率指保证额定时序参数的最快数据速率。 5 tDLH传播延迟根据输入上升逻辑高电平阈值VIH到VOx信号的输出上升10%阈值的时间测得。tDHL传播延迟根据输入下降逻辑低电平阈值VIL到VOx信号的输出下降 90%阈值测得。有关传播延迟参数的波形，参见图18。 6 tPSK指器件在建议工作条件范围内的相同工作温度、电源电压和输出负载下工作时测得的tDLH和/或tDHL的最差情况偏差。有关传播延迟参数的波形，参见图18。 7 通道间匹配指任意两个通道在输入位于隔离栅同一侧的条件下，其传播延迟之差的绝对值。 1 Rev. B| Page 4 of 16 ADuM3220/ADuM3221 封装特性 表3 参数 输入电容 符号 RI-O CI-O CI IC结至外壳热阻，第1侧 θJCI 46 °C/W 热电偶位于封装底部正中间 IC结至外壳热阻，第2侧 θJCO 41 °C/W 热电偶位于封装底部正中间 电阻(输入至输出)1 电容(输入至输出)1 1 最小值 典型值 最大值 1012 1.0 4.0 单位 Ω pF pF 测试条件 f = 1 MHz 假设器件为双端器件；引脚1至引脚4短接，引脚5至引脚8短接。 法规信息 ADuM3220/ADuM3221正在接受表4所列机构的认证。 表4 UL CSA UL 1577器件认可程序认 可1 单一/基本2500 V rms隔离 电压 CSA元件验收通知#5A批准 文件E214100 VDE DIN V VDE V 0884-10(VDE V 0884-10)认证： 2006-122 基本绝缘符合CSA 60950-1-03和IEC 60950-1标准，400 V 加强绝缘，560 V峰值 rms(566 V峰值)最大工作电压 功能绝缘符合CSA 60950-1-03和IEC 60950-1标准，800 V rms(1131 V峰值)最大工作电压 文件205078 文件2471900-4880-0001 依据UL 1577，每个ADuM3220/ADuM3221器件都经过1秒钟绝缘测试电压≥ 3000 V rms 的验证测试(漏电流检测限值为5 μA)。 依据DIN V VDE V 0884-10，每个ADuM3220/ADuM3221器件都经过1秒钟绝缘测试电压≥ 1050 V峰值的验证测试(局部放电检测限值为5 pC)。器件标识中的星号(*)表 示通过DIN V VDE V 0884-10认证。 1 2 隔离和安全相关特性 表5 参数 符号 额定电介质隔离电压 单位 V rms 条件 2500 值 mm 测量输入端至输出端，空气最短距离 持续1分钟 最小外部气隙(间隙) L(I01) 最小值4.90 最小外部爬电距离 L(I02) 最小值4.01 mm 测量输入端至输出端，沿壳体最短距离 最小值0.017 mm V 隔离距离 最小内部间隙 漏电阻抗(相对漏电指数) 隔离组 CTI >175 IIIa Rev. B| Page 5 of 16 DIN IEC 112/VDE 0303第1部分 材料组(DIN VDE 0110，1/89，表1) ADuM3220/ADuM3221 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性 这些隔离器仅适合安全限制数据范围内的加强隔离。通过保护电路保持安全数据。封装上的星号(*)标志表示通过560 V峰值 工作电压的DIN V VDE V 0884-10认证。 表6 描述 条件 DIN VDE 0110装置分类 额定电源电压≤ 150 V rms 额定电源电压≤ 300 V rms 额定电源电压≤ 400 V rms 环境分类 污染度(DIN VDE 0110，表1) 最大工作绝缘电压 输入至输出测试电压，方法B1 符号 VIORM× 1.875 = VPR，100%生产测试，tm= 1秒， 局部放电< 5 pC VIORM× 1.6 = VPR，tm= 60秒，局部放电< 5 pC 200 40/105/21 2 560 1050 V peak V peak 896 672 V peak V peak VTR 4000 V peak TS IS1 IS2 RS 150 160 47 >109 °C mA mA Ω VIORM VPR VPR 建议工作条件 180 表7 160 140 参数 符号 工作结温 电源电压1 TJ SIDE 1 120 100 80 60 VDD1上升时间 共模瞬变抗扰度，输入到输出 输入信号上升和下降时间 SIDE 2 40 20 0 50 100 150 CASE TEMPERATURE (°C) 200 08994-002 SAFETY-LIMITING CURRENT (mA) 单位 I至IV I至III I至II 输入至输出测试电压，方法A 跟随环境测试，子类1 跟随输入和/或安全测试，子类2和子类3 VIORM× 1.2 = VPR，tm= 60秒，局部放电< 5 pC 瞬变过压，tTR= 10秒 容许的最高过压 出现故障时允许的最大值(见图3) 安全限值 壳温 第1侧电流 第2侧电流 VIO = 500 V 在TS的绝缘电阻 0 特性 图3. 热减额曲线，依据DIN V VDE V 0884-10获得的安全限值 与壳温的关系。安全限制电流定义为最大VDD 时的平均电流。 1 VDD1 VDD2 TVDD1 最小 最大 值 值 −40 +125 单位 3.0 4.5 5.5 18 1 +25 V V V/µs kV/µs 1 ms −25 °C 所有电压均参照其各自的地。有关外部磁场抗扰度的信息，参见直流正确性 和磁场抗扰度部分。 Rev. B| Page 6 of 16 ADuM3220/ADuM3221 绝对最大额定值 除非另有说明，环境温度 = 25°C。 表9. 最大连续工作电压1 表8 参数 存储温度 工作温度 电源电压范围1 输入电压范围1, 2 输出电压范围1, 2 每个引脚的平均输出电流3 共模瞬变4 符号 TST TJ VDD1 VDD2 VIA, VIB VOA, VOB IO CMH, CML 额定值 -55℃至+150℃ -40℃至+150℃ -0.5 V至+7.0 V -0.5 V至+27 V −0.5 V至VDDI + 0.5 V −0.5 V至VDDO + 0.5 V -23 mA至+23 mA −100 kV/μs至+100 kV/μs 参数 交流双极性电压2 交流单极性电压3 功能绝缘 基本绝缘 直流电压4 功能绝缘 基本绝缘 最大值 565 单位 V peak 约束条件 最少50年寿命 1131 560 V peak V peak IEC 60950-1最大认证工作电压 IEC 60950-1和VDE V 0884-10 最大认证工作电压 1131 560 V peak V peak IEC 60950-1最大认证工作电压 IEC 60950-1和VDE V 0884-10最 大认证工作电压 1 指隔离栅上的连续电压幅度。详情见隔离寿命部分。 2 参见图22。 3 参见图23。 4 参见图24。 1 所有电压均参照其各自的地。 2 VDDI和VDDO分别指给定通道的输入端和输出端的电源电压。 3 不同温度下的最大容许电流参见图3。 4 指隔离栅上的共模瞬变。超过绝对最大额定值的共模瞬变可能导致 闩锁或永久损坏。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。 这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其它超出 本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能够正常工 作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高 能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当 的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 Rev. B| Page 7 of 16 ADuM3220/ADuM3221 VDD1 1 VIA 2 VIB 3 GND1 4 ADuM3220/ ADuM3221 8 VDD2 7 VOA TOP VIEW (Not to Scale) 6 VOB 5 GND2 08994-003 引脚配置和功能描述 图4. 引脚配置 表10. 引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚名称 VDD1 VIA VIB GND1 GND2 VOB VOA VDD2 描述 隔离器第1侧的电源电压(3.0 V至5.5 V)。 逻辑输入A。 逻辑输入B。 地1。隔离器第1侧的接地基准点。 地2。隔离器第2侧的接地基准点。 逻辑输出B。 逻辑输出A。 隔离器第2侧的电源电压(4.5 V至18 V)。 表11. 真值表ADuM3220(正逻辑)1 VIA输入 L L H H X VIB输入 L H L H X X X 1 有电 有电 有电 有电 无电 VDD2状态 有电 有电 有电 有电 无电 VOA输出 L L H L L VOB输出 L H L L L 有电 有电 不确定 不确定 VDD1状态 注释 输出在VDD1电源恢复后的1 μs内返回到 输入状态。 输出在VDD2电源恢复后的1 μs内返回到 输入状态。 X = 无关，L = 低电平，H = 高电平。 表12. 真值表ADuM3221(正逻辑)1 VIA输入 L L H H X VIB输入 L H L H X VDD1状态 有电 有电 有电 有电 无电 VDD2状态 有电 有电 有电 有电 无电 VOA输出 L L H H L VOB输出 L H L H L X X 有电 有电 不确定 不确定 1 X = 无关，L = 低电平，H = 高电平。 Rev. B| Page 8 of 16 注释 输出在VDD1电源恢复后的1 μs内返回到 输入状态。 输出在VDD2电源恢复后的1 μs内返回到 输入状态。 ADuM3220/ADuM3221 典型工作特性 300 VDD2 VDD2 VDD2 VDD2 250 GATE CHARGE (nC) CH2 = VO (2V/DIV) 2 = 15V = 10V = 8V = 5V 200 150 100 CH1 = VI (5V/DIV) 50 CH2 2V Ω M40ns 2.5GSPS CH2 T 22.2% 10k POINTS 7.2V 0 08994-004 CH1 5V Ω 0 200 400 600 800 1000 SWITCHING FREQUENCY (kHz) 图5. 2 nF负载的输出波形(10 V输出电源） 08994-107 1 图8. 典型最大负载与开关频率的关系(RG = 1 Ω) 2.0 CH2 = VO (2V/DIV) IDD1 CURRENT (mA) 1.5 2 CH1 = VI (5V/DIV) VDD1 = 5V 1.0 VDD1 = 3.3V 0.5 CH2 2V Ω M40ns T 21.4% 2.5GSPS CH2 10k POINTS 7.2V 0 08994-005 CH1 5V Ω 0 0.25 0.50 0.75 1.00 FREQUENCY(MHz) 图6. 1 nF负载的输出波形(10 V输出电源) 08994-015 1 图9. 典型IDD1 电源电流与频率的关系 80 CH2 = VO (2V/DIV) VDD2 = 15V 70 IDD2 CURRENT (mA) 60 2 CH1 = VI (5V/DIV) VDD2 = 10V 50 40 30 VDD2 = 5V 20 CH2 2V Ω M40ns T 22.1% 2.5GSPS CH2 10k POINTS 7.2V 0 08994-006 CH1 5V Ω 0 0.25 0.50 0.75 FREQUENCY(MHz) 图7. 1 nF负载的输出波形(5 Ω串联电阻和10 V输出电源） 图10. 典型IDD2 电源电流与频率的关系(2 nF负载) Rev. B| Page 9 of 16 1.00 08994-016 10 1 60 30 50 25 RISE/FALL TIME (ns) 40 30 20 20 FALL TIME 15 RISE TIME 10 0 20 40 60 80 100 120 140 JUNCTION TEMPERATURE (°C) 0 5 PROPAGATION DELAY CHANNEL-TO-CHANNEL MATCHING (ns) PROPAGATION DELAY (ns) tPHL tPLH 30 20 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 INPUT SUPPLY VOLTAGE (V) 08994-018 10 0 3.0 40 30 20 10 9 11 13 15 17 OUTPUT SUPPLY VOLTAGE (V) 08994-019 PROPAGATION DELAY (ns) tPLH 7 17 4 3 2 PD MATCH tDLH 1 PD MATCH tDHL 0 5 7 9 11 13 15 17 OUTPUT SUPPLY VOLTAGE (V) PROPAGATION DELAY CHANNEL-TO-CHANNEL MATCHING (ns) tPHL 5 15 图15. 典型传播延迟通道间匹配与输出电源电压的关系 60 0 13 5 图12. 典型传播延迟与输入电源电压的关系，VDD2 = 10 V 50 11 图14. 典型上升/下降时间变化与输出电源电压的关系 60 40 9 OUTPUT SUPPLY VOLTAGE (V) 图11. 典型传播延迟与温度的关系 50 7 08994-021 –20 08994-017 0 –40 08994-020 5 10 5 4 3 2 PD MATCH tDLH 1 PD MATCH tDHL 0 –40 –20 0 20 40 60 80 100 JUNCTION TEMPERATURE (°C) 图13. 典型传播延迟与输出电源电压的关系，VDD1 = 5 V 120 140 08994-022 PROPAGATION DELAY (ns) ADuM3220/ADuM3221 图16. 典型传播延迟通道间匹配与温度的关系，VDD2 = 10 V Rev. B| Page 10 of 16 ADuM3220/ADuM3221 应用信息 PCB布局 热限制和开关负载特性 ADuM3220/ADuM3221数字隔离器不需要外部接口电路 作为逻辑接口。输入和输出供电引脚需要电源旁路，如 图17所示。使用电容值在0.01 μF到0.1 μF之间的小型陶瓷 电容，以提供良好的高频旁路。在输出电源引脚VDD2上， 建 议 再 增 加 一 个 10μF电 容 ， 以 提 供 驱 动 ADuM3220/ ADuM3221输出端栅极电容所需的电荷。在输出电源引 脚上，应避免使用旁路电容过孔，或者应该使用多个过 孔来降低旁路电感值。较小的电容两端到输入或输出电 源引脚的走线总长不应超过20 mm。 对于隔离式栅极驱动器，在输入和输出电路之间进行必 要的隔离可防止在部件下方使用单一散热焊盘。因此主 要通过封装引脚来散热。 VDD1 对于不同输出电压值使用1 Ω串联栅极电阻能够驱动的最 大负载电容，封装散热限制了开关频率与输出负载之间 的性能表现，如图8所示。例如，此曲线显示典型的 ADuM3220/ADuM3221器件可以驱动120 nC栅极电荷、 8 V输出（相当于15 nF负载）、最高频率约300 kHz的大 型MOSFET。 输出负载特性 VDD2 传播延迟是衡量逻辑信号穿过器件所需时间的参数。到 逻辑低电平输出的传播延迟可能不同于到逻辑高电平输 出的传播延迟。ADuM3220/ADuM3221指定tDLH(见图18) 作为上升输入高电平逻辑阈值VIH到输出上升10%阈值之 间的时间。同样，下降传播延迟tDHL定义为输入下降逻 辑低电平阈值VIL到输出下降90%阈值之间的时间。上升 和下降时间取决于负载条件，并且不包含在传播延迟 中，这是栅极驱动器的工业标准。 RSW为内部ADuM3220/ADuM3221驱动器输出的开关电 阻，约等于1.5 Ω。RGATE为MOSFET的固有栅极电阻加任 意外部串联电阻。需要4 A栅极驱动器的MOSFET，其典 型固有栅极电阻约为1 Ω，栅极-源极电容CGS介于2 nF到 10 nF之间。LTRACE为印刷电路板走线的电感，其典型值 为5 nH，或者当采用从ADuM3220/ADuM3221输出端 到MOSFET栅极具有短而宽的连接的精心布局，这个值 会更小。 VOA VIB VOB GND1 GND2 08994-023 传播延迟相关参数 ADuM3220/ADuM3221输出信号取决于输出负载（通常 是 N通 道 MOSFET） 的 特 性 。 驱 动 器 输 出 对 于 N通 道 MOSFET负载的响应可以模拟为开关输出电阻(RSW)、印 刷电路板走线的电感(LTRACE)、串联栅极电阻(RGATE)和源 电容栅极(Cgs)，如图19所示。 VIA 图17. 推荐的PCB布局 以下公式定义了RLC电路的Q因数，表示ADuM3220/ ADuM3221输出端如何响应阶跃变化。对于高阻尼输出 而言，Q小于1。添加串联栅极电阻会抑制输出响应。 90% OUTPUT 10% INPUT VIH 在图5和图6中，10 V输出的ADuM3220/ADuM3221输出 波形显示分别对应2 nF和1 nF的CGS。请注意图6中的输出 响铃振荡，CGS为1 nF，计算得出的Q因数为1.5，对于高 阻尼应用应小于1。 VIL tR tF 08994-007 tDHL tDLH 图18. 传播延迟参数 通道间匹配指单个ADuM3220/ADuM3221器件内各通道 的传播延迟之间的最大差异。 传播延迟偏斜指在相同条件下工作的多个ADuM3220/ ADuM3221器件的传播延迟之间的最大差异。 通过添加串联栅极电阻可以减少输出响铃振荡，从而抑 制响应。对于使用1 nF或更小负载的应用，建议添加一个大 约5 Ω的串联栅极电阻。如图7所示，RGATE为5 Ω，由此计 算得出的Q因数约为0.3，同时显示了与图6形成对比的阻 尼响应。 Rev. B| Page 11 of 16 ADuM3220/ADuM3221 VO CGS 图19. N通道MOSFET栅极的RLC模型 直流正确性和磁场抗扰度 在隔离器输入端的正负逻辑电平转换会使一个很窄 的(约1 ns)脉冲通过变压器被送到解码器。解码器是 双稳态的，因此可以被这个脉冲置位或复位，表示 输入逻辑的转换。当输入端超过1 us没有逻辑转换 时，会发送一组用以表示正确输入状态的周期性刷 新脉冲，以确保输出的直流正确性。 如果解码器在超过大约3 μs没有接收到内部脉冲，则 输入侧认为没有供电或者无效，在这种情况下，隔 离器的输出被看门狗计时电路强制设置为默认低电 平状态。此外，当电源电压小于UVLO阈值时，输出 端处于低电平默认值状态。 ADuM3220/ADuM3221不 受 外 部 磁 场 的 影 响 。 ADuM3220/ADuM3221磁场抗扰度的限制是由变压器 接收线圈中的感应电压的状态决定的，电压足够大 就会错误地置位或复位解码器。下面的分析说明此 情况发生的条件。检测ADuM3220/ADuM3221的3 V 工作条件是因为这是最易受干扰的工作模式。变压 器输出端的脉冲幅度大于1.0 V。解码器的检测阈 值大约是0.5 V，因此感应电压可承受的噪声容限为 0.5 V。接收线圈上的感应电压由以下公式计算： V = (−dβ/dt) Σπ rn2，n = 1, 2, ..., N 其中： β是磁通密度（高斯）。 N是接收线圈的匝数。 rn是接收线圈第n圈的半径(cm)。 给定ADuM3220/ADuM3221接收线圈几何形状及感应 电压，解码器最多能够有0.5 V余量的50%，允许的最 大磁场见图20所示计算。 10 1 0.1 0.01 0.001 1k 10k 100k 1M 10M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 100M 08994-009 RGATE LTRACE 图20. 最大允许外部磁通密度 例如，在1MHz的磁场频率下，最大允许0.2 K高斯的磁 场在接收线圈可以感应出0.25 V的电压。这大约是检测 阈值的50%并且不会引起输出转换错误。同样，如果 这样的情况在发送脉冲时发生(最差的极性），这会使 接收到的脉冲从大于1.0 V下降到0.75 V，仍然高于解码 器检测阈值0.5 V。 先前的磁通密度值对应于与ADuM3220/ADuM3221变 压器给定距离的额定电流幅度。图21表明这些允许的 电流幅度是频率与所选距离的函数。如图所示， ADuM3220/ADuM3221只有在离器件很近的高频大电 流下才会受影响。例如：当工作频率为1 MHz时，0.5 kA 电流必须放置在距离ADuM3220/ADuM3221 5 mm以外 的地方，才不会影响器件的工作。 1000 DISTANCE = 1m 100 10 DISTANCE = 100mm 1 DISTANCE = 5mm 0.1 0.01 1k 10k 100k 1M 10M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 100M 08994-010 VOA RSW MAXIMUM ALLOWABLE CURRENT (kA) ADuM3220/ ADuM3221 08994-118 VIA MAXIMUM ALLOWABLE MAGNETIC FLUX DENSITY (kgauss) 100 图21. 不同电流至ADuM3220/ADuM3221距离下的最大允许电流 Rev. B| Page 12 of 16 ADuM3220/ADuM3221 ADuM3220/ADuM3221隔离器给定通道的电源电流是 电源电压、通道数据速率和通道输出负载的函数。 对于每个输入通道，电源电流按照如下方法计算： IDDI = IDDI(Q) IDDI = IDDI(D) × (2f – fr) + IDDI(Q) f ≤ 0.5fr f > 0.5fr 对于每个输出通道，电源电流按照如下方法计算： IDDO = IDDO(Q) f ≤ 0.5fr IDDO = (IDDO(D) + (0.5) × CLVDDO) × (2f – fr) + IDDO(Q) f > 0.5fr 其中： IDDI (D)、IDDO (D)是每个通道的输入和输出动态电源电流 (mA/Mbps)。 CL是输出负载电容(pF)。 VDDO是输出电源电压(V)。 f是输入逻辑信号频率（MHz，输入数据速率的一 半，NRZ信号）。 fr是输入级刷新速率(Mbps)。 IDDI(Q)、IDDO(Q)是额定输入和输出静态电源电流(mA)。 作寿命的峰值电压以及CSA/VDE认可的最大工作电 压。许多情况下，认可工作电压高于50年工作寿命电 压。某些情况下，在这些高工作电压下工作会导致隔 离寿命缩短。 ADuM3220/ADuM3221的隔离寿命由施加在隔离栅上 的电压波形决定。iCoupler结构的隔离度以不同速率 衰减，这由波形是否为双极性交流、单极性交流或直 流决定。图22、图23和图24显示这些不同隔离电压的 波形。 双极性交流电压环境对于iCoupler产品而言是最差的 情况，ADI公司推荐的最大工作电压对应的工作寿命 为50年。在单极性交流或者直流电压的情况下，隔离 应力显然低得多。此工作模式在能够获得50年工作时 间的前提下，允许更高的工作电压。任何与图23和图 24中不一致的交叉隔离电压波形都应被认为是双极性 交流波形，其峰值电压应限制在表9中列出的50年工作 寿命电压以下。 请注意，图23所示的正弦电压波形仅作为示例提供， 它代表任何在0 V与某一限值之间变化的电压波形。该 限值可以为正值或负值，但电压不能穿过0 V。 为了计算总IDD1和IDD2电源电流，必须计算与IDD1和IDD2 相对应的各输入和输出通道的电源电流并求和。 RATED PEAK VOLTAGE 08994-011 功耗 图9提供了两个输入通道的总输入IDD1电源电流与数据 速率的函数关系。图10提供了两个2 nF电容负载输出 端的总IDD2电源电流与数据速率的函数关系。 0V 隔离寿命 所有的隔离结构在长时间的电压作用下，最终会被破 坏。隔离衰减率由施加在隔离上的电压波形的参数决 定。除了由监管机构进行测试，ADI也进行一系列广 泛的评估来确定ADuM3220/ADuM3221内部隔离架构 的寿命。 RATED PEAK VOLTAGE 08994-012 图22. 双极性交流波形 0V 图23. 单极性交流波形 ADI公司使用超过额定连续工作电压的电压执行加速 寿命测试。确定多种工作条件下的加速系数，利用这 些系数可以计算实际工作电压下的失效时间。 08994-013 RATED PEAK VOLTAGE 0V 图24. 直流波形 表9中显示的值总结了双极性交流工作条件下50年工 Rev. B| Page 13 of 16 ADuM3220/ADuM3221 外形尺寸 5.00 (0.1968) 4.80 (0.1890) 8 1 5 6.20 (0.2441) 5.80 (0.2284) 4 1.27 (0.0500) BSC 0.25 (0.0098) 0.10 (0.0040) 1.75 (0.0688) 1.35 (0.0532) 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) COPLANARITY 0.10 SEATING PLANE 0.50 (0.0196) 0.25 (0.0099) 45° 8° 0° 0.25 (0.0098) 0.17 (0.0067) 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012-AA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 012407-A 4.00 (0.1574) 3.80 (0.1497) 图25. 8引脚标准小型封装[SOIC_N] 窄体(R-8) 图示尺寸单位：mm和(inches) 订购指南 输入数， 型号1 VDD1侧 ADuM3220ARZ ADuM3220ARZ-RL7 ADuM3220BRZ ADuM3220BRZ-RL7 ADuM3221ARZ ADuM3221ARZ-RL7 ADuM3221BRZ ADuM3221BRZ-RL7 2 2 2 2 2 2 2 2 1 最大数据 速率(MHz) 最大传播延迟， 5 V (ns) 最小VDD2工 作电压(V) 输出直通保护 (是/否) 结温范围 封装描述 封装选项 1 1 1 1 1 1 1 1 60 60 60 60 60 60 60 60 4.5 4.5 7.6 7.6 4.5 4.5 7.6 7.6 是 是 是 是 否 否 否 否 −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C −40°C至125°C 8引脚 8引脚 8引脚 8引脚 8引脚 8引脚 8引脚 8引脚 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. B| Page 14 of 16 SOIC_N SOIC_N SOIC_N SOIC_N SOIC_N SOIC_N SOIC_N SOIC_N ADuM3220/ADuM3221 注释 Rev. B| Page 15 of 16 ADuM3220/ADuM3221 注释 ©2010–2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D08994sc-0-10/11(B) Rev. B| Page 16 of 16