Isolateur numérique
From Wikipedia, the free encyclopedia
Les isolateurs numériques sont des composants électroniques permettant aux signaux numériques une certaine isolation galvanique entre deux domaines d'alimentation électrique. Autrement dit, le composant permet d'isoler physiquement et électriquement deux sections distinctes d'un circuit, tout en permettant le passage d'un signal électrique d'un domaine de référence à un autre. L'isolation entre deux circuits distincts apporte une multitude d'avantages à la conception d'un circuit, notamment le fait que la barrière d’isolation brise les boucles de retours de courants (voir boucle de masse) [1]. En brisant cette boucle, il devient possible de s'immuniser des perturbations électromagnétiques que captent ces boucles, injectant ainsi du bruit dans le circuit. L'isolation permet également aux utilisateurs de bénéficier d'une certaine protection à l'égard des hautes tensions ou variations rapides de tension du circuit distant. Les circuits plus sensibles et coûteux bénéficient également de cette protection.
En général, ces circuits de protection se spécialisent en fonction de la nature du signal devant traverser la barrière d'isolation, afin de permettre les meilleures performances possibles. Parmi ces spécialisations, l'isolation pour les protocoles I2C, SPI, USB, RS-232, RS-485 de même que le protocole CAN ainsi que Ethernet sont les plus largement retrouvés sur le marché.
La première forme d'isolation galvanique est apparue en 1831 alors que Michael Faraday venait de faire la découverte de l'induction magnétique[2]. Cette découverte lui permit de réaliser le premier transformateur toroïdal par la découverte de l'inductance mutuelle[3]. Bien qu'à l'époque les premières applications du transformateur étaient l'adaptation de différents niveaux de tensions et de courants analogiques, le transformateur permettait également un transfert de puissance entre deux domaines électriquement et physiquement isolés. Aujourd'hui, on utilise l’appellation 'transformateur d'isolation' pour ce genre de composant, puisqu'ils possèdent généralement un rapport 1 pour 1. Quelques années plus tard, soit en 1835, le premier relais électromécanique est inventé par l'anglais Edward Davy et implémenté dans son télégraphe [4]. Il s'agit alors de la première forme d'isolation électrique dans le domaine du numérique puisque le dispositif dispose de deux états de marche seulement: ouvert et fermé.
En ce qui concerne l'électronique moderne, le premier optocoupleur apparut en 1961, soit trois années suivant l'invention du circuit intégré. C'est le travail de James Biard ainsi que Gary Pittman, deux ingénieurs américains travaillant chez Texas Instruments, qui permirent cette avancée en la matière à la suite de l'invention de la DEL infrarouge [5]. L'optocoupleur apporte à cette époque un gain en vitesse de commutation par rapport aux relais standards, ce qui lui taille une place sur le marché. À la suite de cette invention, quelques variantes firent leur apparition, notamment les contacteurs statiques (en anglais Solid State Relay) permettant de faire contacter des tensions alternatives de fort courant, par le même principe d'isolation optique. Les délais de commutation deviennent cependant contraignants vers la fin des années 1990, ce qui permet l'arrivée de nouvelles technologies telles que l'isolation capacitive en 1997 par Silicon Laboratories (Patent US 6430229 B1) [6] ainsi que l'isolation par couplage inductif en 2000 par Analog Devices (US 6087882 A) [7]. Aujourd'hui, ces deux technologies occupent une place de choix dans les circuits électroniques modernes.
