大型且相互依赖的寄生耦合、与温度相关的工作参数以及随着设备使用年限的变化使光耦合器具有挑战性的设备应用。 相反，CMOS 数字隔离器的一阶寄生效应显着降低，相互依赖的耦合更少，并且在工作温度范围内性能显着提高。 以下部分总结了常见的光耦合器设计问题。
1.电流转移率：
光耦有一个与温度相关的“增益项”，称为电流传输比（CTR）。对于带有输出光电晶体管的光耦，典型的CTR值将在10%到50%之间，对于带有达林顿晶体管输出对的光耦，CTR值将高达2000%。其他CTR依赖性包括输出晶体管电流增益hfe、VDD电源电压、通过LED的正向电流和环境工作温度。CTR值随绝对电流水平而变化，在LED电流水平约为10 mA时达到峰值；然后，电流越大，电流越小，电流越小
水平。
2.数字光耦开启阈值：
数字光耦的开启和关闭阈值往往位于相对较低的水平，并且对温度敏感。从一个单位到下一个单位的实际阈值可能相当模糊。实验室测量表明，大多数光耦在低于数据表规定的阈值时开始开启，有时需要额外的外部组件进行校正。
图17比较了Si8712A CMOS数字隔离器阈值与典型数字光耦的阈值。如图所示，CMOS隔离器是开的或关的，这消除了对CTR规格及其相关温度灵敏度的需要。数字光耦具有内部LED的二极管特性，因此很难实现一致且精确的开启/关闭阈值。
3.增加外部物料清单：
在电噪声环境中工作的光耦通常使用额外的组件来提高CMTI性能，如图18所示。有助于提高光耦性能的输入和输出电路修改包括外部（而非内部）上拉电阻器、反向偏置或短路LED，以确保其在发生CMT时保持正确状态，以及添加外部RC以过滤瞬时输出故障，如图10至图13所示。
如表4所示，这些光耦固定件应小心进行，因为其中一些可能会结合起来产生不想要的结果。
4.设备老化和电流降低
鉴于工业设备的典型使用寿命，长期可靠性和一致性性能正成为系统设计师最关心的问题。光耦定时参数（例如，传播延迟、脉冲宽度失真）可以随三个不同的变量而变化：LED磨损、LED输入电流过大和工作温度。
其中一个关键的光耦磨损机制是LED光输出（LOP），这是一种基于材料的现象，会导致LED随着时间的推移失去亮度。较低的发射会降低光电探测器看到的信号，
对光耦定时和输出阻抗特性产生负面影响。图19A和19B显示了制造商基于由磷化镓（GaAsP）和铝砷化镓（AlGaAs）制成的LED在10000小时内的标准化光输出的LOP数据。光输出退化通常会随着温度的升高和LED电流的增加而恶化。在最坏的情况下，光输出可能会低于适当设备检测所需的最小值。
LOP可以将标称光输出改变多达20%，导致工作特性发生显著变化。由于退化率部分与正向电流有关，系统设计师在选择LED正向电流工作范围时必须考虑LOP的影响，从而在更长的设备使用寿命和更低的CMTI之间进行权衡。LOP磨损导致无法使用温度高于约100°C且使用寿命超过25年的光耦，例如太阳能电池板。
章节摘要：许多光耦具有多个高度依赖温度的参数，例如电流传输比和输入开启和关闭阈值，这会使设计复杂化，并对系统性能产生负面影响。在电噪声环境中工作的光耦通常使用额外的外部组件来提高CMTI性能。光耦合器的温度工作范围较窄，可靠性较低（与CMOS数字隔离器相比，使用寿命低10倍）。相比之下，CMOS数字隔离器要么开启，要么关闭，从而消除了对CTR规格及其相关温度灵敏度的需要。此外，CMOS隔离器具有严格的输入阈值、优越的CMTI、更高的温度和电流参数稳定性、业界领先的可靠性和无磨损机制。
光耦更换升级
由于没有替代的引脚和封装兼容的隔离器解决方案，光耦合器传统上主导了信号隔离应用。Si87xx CMOS数字隔离器（图20）在不修改PCB的情况下直接取代光耦，同时在性能和可靠性方面显著提高。Si87xx输入侧从阳极输入“获取”输入偏置电压，而输出侧由高达30 Vdc的本地电压源供电。Si87xx还与外部光耦电路兼容，包括那些实现图18所示补救措施的电路。
Si87xx输入侧芯片包括一个二极管模拟器、高频发射器和电流隔离器级。二极管模拟器执行两个功能：它模拟LED的行为，以确保与现有（外部）光耦输入电路的兼容性，并在阳极电流等于或高于其阈值时启用发射器。启用时，发射机将高频载波穿过隔离栅传播到接收机，当有足够的带内能量时，这将迫使输出驱动器降低。相反，低于阈值的输入电流会禁用发射器，导致接收器关闭开漏MOSFET，并允许外部或内部上拉电阻器将输出引脚拉高。与光耦相比，这种简单的结构提供了许多功能和优势：
•封装和引脚兼容，插入式光耦升级，通常无需更改PCB
•针式光耦的直接更换、包装和针式更换
•Silicon Labs获得专利的CMOS隔离技术，具有更高的性能和可靠性
•隔离额定值：UL1577规定的1分钟内3.75 kVrms和5.0 kVrms，IEC 60065规定的10 kVpk浪涌容限
•更快、更紧的定时：1 Mbps或15 Mbps版本，60 ns道具延迟，20 ns PWD
•CMTI:35千伏/微秒（A级）或50千伏/微秒（B级）和2至3倍的内部寄生耦合比光耦低
•精确的输入电流阈值：2.2 mA（A级）和3.5 mA（B级）
•无CTR
•随温度变化的参数变化非常小
•宽–40°C至+125°C工作温度范围
•高可靠性：在最坏的电压和温度条件下，TDDB>60年
•如果通过CLED01和CLED02的寄生耦合导致Si87xxA误导通，则用更高的阈值Si87xxB替换Si87xxA。
•对于相同的tPHL和tPLH，增加CL需要更多电流。
•增加RL需要为光耦提供更多LED电流。
表4比较了常见的基于LED的光耦问题和解决方案与Si87xx系列CMOS数字光耦替代品的问题和解决方案。请注意，光耦合器需要大量的输入电流才能维持正常工作。
总结前面几章：
虽然光耦长期以来一直是主要的信号隔离解决方案，但新一代更高性能的CMOS隔离器解决方案将凭借以下优势最终超越久负盛名的光耦：
•广泛产品：单通道、多通道（最多6个通道）、逻辑输入和光耦更换版本
•光耦升级：先进的嵌入式光耦升级，具有更高的性能和可靠性
•紧凑的定时性能：tPHL/tPLH、PWD、通道到通道倾斜、单元到单元匹配等
•高CMTI：高达50千伏/微秒
•高可靠性、更长的使用寿命：60年以上TDDB
•高浪涌抗扰度：10 kV浪涌容限（Si87xx）
•稳定性：在工作温度下，参数变化非常小
•低电磁干扰：符合FCC B级第15部分
•效率：每个通道的低工作功率
•高电场抗扰度：电场抗扰度高达50V/M，磁场抗扰度高于1000A/M
•行业领先的ESD耐受性：高达6 kV HBM
•易用性：无CTR，内部寄生比光耦低2到3倍，设备行为直观
总之，CMOS数字隔离器的优点为电力系统设计带来了高水平的附加值。性能、可靠性和易用性的提高使这些高级解决方案成为系统改造和新设计的理想选择。