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来源 | 嵌入式客栈

光学隔离器，又称光学耦合器。设计广泛应用于电路设计中。今天我们来梳理一下光耦合的知识。虽然光耦合很简单，但有些地方需要注意。

什么是光隔离器

光隔离器opto-isolator，它是一种用于在两个隔离电路之间传输电信号的电子元件。又称光电耦合器，光耦合器。

常见类型的光隔离器由同一不透明封装中的发光二极管LED、光电晶体管组成。数字(开-关)信号通常由光隔离器传输，但有些光耦可以传输模拟信号。

光耦合源-接收端，即耦合的含义；

耦合之外还有一层含义是去耦合，有的噪声信号无法通过光信号传递到接收侧，这就是去耦合。

因此，对耦合的一般理解通常有一个集成的两面。一方面，将设计所关心的有用信号传输到接收侧；另一方面，将不必要的杂信号阻挡在源端。

有些光耦可以传输模拟信号

是怎么工作的？

光耦合包含光源，通常是近红外发光二极管 (LED)，由封闭的光通道和光电传感器组成。

近红外发光二极管将输入端电信号转换为光信号，通过封闭的光通道检测到LED发出的光信号转换为电能或调制从外部电源流出的电流。

光电传感器可用于光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、可控硅整流器 (SCR) 或双向可控硅。LED 除了发射光外，它还能感应光，因此可以构建对称的双向光隔离器。光耦合固态继电器包括驱动电源开关的光电二极管光隔离器，通常是互补的MOSFET。

看下面的动画比较生动:

正常数字信号通过光耦能顺利耦合传输到另一侧，而输入侧的各种干扰杂信号则不能通过光耦传输到输出侧。

常见的隔离技术有:光电隔离、继电器隔离、变压器隔离等。光介质和磁介质隔离是两种主要技术手段。

为什么干扰信号不能通过光耦？

• 干扰源内阻一般很大，虽然也可以输出较高的干扰电压，但可输出能量一般很小，只能在电路中形成较小的干扰电流，因为干扰电流很小，不能激励发光二极管发光，发光二极管需要一定的大电流来发射光能，因为没有足够的能量，不能成功突破，阻挡在输入侧。

• 光耦本身的输入阻抗很低，而干扰源的内阻一般很大，从这个角度讲，干扰源输出信号按照分压原理，施加到LED干扰电压也很小。

• 光耦输入/输出侧等效电容很小，PF量级，绝缘电阻很大，一般可以达到

• 光在封闭的光路中传输，光路不会受到外部光的干扰。

为什么需要隔离 ？

闪电、静电放电、射频传输、开关脉冲和电源干扰可能会影响电子产品的信号线或电源线。

雷击可导致高达10kV浪涌电压是许多电子元件的1000倍。产品电路本身也可能包含高压电路。在这种情况下，需要安全可靠地将高压电路与数字低压设备连接起来，因此隔离技术是一种很好的技术手段。

光隔离器的主要功能是防止高压和电压瞬变，使系统某一部分的浪涌不会干扰或损坏其他部分。

常见的光耦结构

常见的光耦合器有四种形式，区别在于所使用的光敏设备。直流电路通常采用光电三极管和光电达林顿管，交流电路采用光电可控硅和光电双向可控硅。在光电三极管的光耦合器中，晶体管可以是 PNP 或 NPN。达林顿晶体管是一对双晶体管，其中一个控制另一个晶体管的基极。达林顿晶体管提供高增益能力。

举个栗子

用光耦隔离驱动DA芯片，该DA量输出需要控制其他设备，模拟输出需要与数字控制部分隔离，以下是电路的一部分：

先大致看看FODM453这款光耦：

其中两个指标稍作说明:这个光耦速度比较快，可以达到1MBit/s。在选择光耦时，需要考虑光耦的速度是否足够。

这里有个术语CMR，是指Common Mode Rejection缩写，什么意思？

在输入和输出脚之间施加瞬态脉冲电压，在上述测试指标测试电路中测量输出电压的变化，因此该指标定义输出Vo在此测试条件下，上升边缘和下降边缘的变化率。

个人认为使用光耦需要注意的一些要点:

• 选择限流电阻

• 输入输出侧需要隔离电源

限流电阻

为了计算输入限流电阻，需要查询所选光耦前向工作电压的典型值，如FODM输入正工作电压的典型值为453.6V

例如，根据规格书中的典型测试值16mA选择电阻，然后

所以在实际电路中，比如我选择了200Ω，电流为17mA，小于允许的50mA。

事实上，电阻更大，例如，正电流为10mA,电阻大约300Ω，也是可以的。

如果限流电阻选择过大，流可能过小，可能导致信号传输不正确；如果电阻过小，正电流可能过大，容易损坏光耦合。

电源

输入侧和输出侧需要单独供电，两个电源需要没有直接电路，才能真正实现光隔离，如下：

两侧虽然电源电压不一样，但是如果是共地的，如果想用光耦做隔离，则光耦就白用了，隔离作用全无。当然这样可以做逻辑电平转换，但是用光耦只做逻辑电平转换，则有点不合算，完全可以用专门的逻辑电平转换芯片。

这样的栗子，也捎带着说明，光耦在隔离的同时，两侧的电压等级设计不一样，还可以实现逻辑电平转换。比如现在很多芯片的IO脚电平是1.8/3.3V，而外部电路可能是5V或者其他电平，如果还需要实现隔离，则可以选择光耦。

总结一下

之前做过些简单硬件相关的工作，硬件很多知识很复杂。光耦在抗干扰方面应用很多，尤其在一些工业设备中，常见的输入、输出接口大概率都会设计成带隔离的接口，你或许会看到Galvanic isolation这样一个需求术语，那么光耦隔离技术就是其中的一种实现手段。

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