2024年5月22日 |Andrew Chen

今天我們將介紹什么是光耦合器，將其名稱分解為易于理解的內(nèi)容，并提供一些非常適合光耦合器應(yīng)用的項(xiàng)目示例。讓我們直接深入吧！

光耦合器，有時(shí)稱為光隔離器或光電耦合器，是一種主要由兩個(gè)內(nèi)部隔室組成的電氣元件；一部分是發(fā)光的 LED，另一部分是光電晶體管，當(dāng) LED 亮起時(shí)，光電晶體管就會(huì)打開(kāi)。

這是 KiCad 軟件上光耦合器的簡(jiǎn)單圖，完美演示了其功能。一端的引腳 1 和 2 直接連接到 LED，另一端的引腳 3 和 4 連接到光電晶體管。無(wú)光時(shí)晶體管截止；然而，當(dāng)有電流流過(guò)引腳 1 至 2 時(shí)，從 LED 發(fā)出的光能夠閉合光電晶體管，從而形成閉合電路，以便任何電流都可以從引腳 3 至 4 流過(guò)。本質(zhì)上，光耦合器是非常簡(jiǎn)單，這就是他們的名字“光隔離器”的由來(lái)，因?yàn)檫@兩端彼此電氣隔離。

人們考慮在項(xiàng)目中使用光耦合器的原因有多種；使用光耦合器的最簡(jiǎn)單的原因是電路板中使用兩個(gè)獨(dú)立的電源。在更常見(jiàn)的情況下，光耦合器還可用于隔離數(shù)字接口、微處理器輸入/輸出切換，并在某些情況下消除信號(hào)中的電噪聲。

然而，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用光耦合器時(shí)需要記住一些注意事項(xiàng)。

• 由于帶寬有限，光耦合器在高頻應(yīng)用中通常性能較差。檢查特定光耦合器的規(guī)格并確保速度合適（最常見(jiàn)的速度是 1 Mbps，盡管某些光耦合器的速度為 10 或 15 Mbps。）
• 隨著時(shí)間的推移，由于其內(nèi)部 LED 和光電晶體管長(zhǎng)期使用，光耦合器的功能可能會(huì)降低。頻繁使用還會(huì)降低 LED 的性能，這意味著必須更換 LED。
• 由于 LED 亮起足以打開(kāi)光電晶體管所需的時(shí)間，光耦合器會(huì)出現(xiàn)延遲時(shí)間作為其隔離成本。在高頻應(yīng)用中，這可能是一個(gè)大問(wèn)題。

現(xiàn)在我們將討論光耦合器在電流隔離中的應(yīng)用，以改進(jìn) SPI（串行外設(shè)接口）協(xié)議。由于擔(dān)心電噪聲（來(lái)自非差分對(duì)線的阻抗），使用光耦合器可以隔離電線，而不會(huì)影響信號(hào)的干擾信號(hào)。

對(duì)于那些可能不熟悉 SPI 是什么的人來(lái)說(shuō)，由于 SPI 協(xié)議的缺點(diǎn)，這將是一個(gè)非常好的應(yīng)用程序。解釋一下，SPI 是一種非差分對(duì)通信協(xié)議，經(jīng)常用于從一個(gè)設(shè)備（主設(shè)備）到另一個(gè)設(shè)備（從設(shè)備）傳輸數(shù)據(jù)。非差分對(duì)方面也非常重要：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備時(shí)，一個(gè)巨大的問(wèn)題是信號(hào)的完整性，因?yàn)樗鼤?huì)長(zhǎng)距離傳輸或面臨來(lái)自外部影響的阻抗。

SPI是一種非常簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，這使得它很容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于長(zhǎng)距離通信來(lái)說(shuō)卻很難保存。光耦合器可以確保對(duì)線路進(jìn)行電流隔離，以便此類電流感應(yīng)的磁波不會(huì)影響與其相鄰的任何其他線路。這種類型的電路有時(shí)被非正式地稱為 SPI 隔離器電路或簡(jiǎn)稱為 SPIsolator 電路。這只是光耦合器應(yīng)用的一個(gè)具體示例；然而，工程師通常可以根據(jù)他們想要構(gòu)建的具體情況和財(cái)務(wù)限制自行選擇大量其他選項(xiàng)。

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審核編輯 黃宇