分析對(duì)比：模擬與數(shù)字隔離技術(shù)

工業(yè)電路設(shè)計(jì)的工程師都要用隔離技術(shù)來解決安全問題、法規(guī)監(jiān)管，以及接地層問題。如果您的電路中做了隔離，就可以在兩個(gè)點(diǎn)之間交換信息和功率，而不會(huì)有實(shí)際的電流流動(dòng)。隔離有兩大好處。首先，它能防止人員和設(shè)備遭受到有潛在危險(xiǎn)的浪涌電流和電壓。其次，它可以防止意外的接地回路，從數(shù)據(jù)鏈路和其它互連對(duì)信號(hào)造成干擾。

模擬輸入/輸出、儀表、運(yùn)動(dòng)控制，以及其它傳感器接口通常都采用單通道的隔離信號(hào)鏈。這些隔離通道用于將工廠車間惡劣環(huán)境下的傳感器電路與處于無噪聲控制室環(huán)境下的信號(hào)處理級(jí)分隔開來。

根據(jù)隔離要求，可以采用模擬隔離放大器、隔離電源、數(shù)字耦合器，或光耦合器。這些隔離電路的屏障傳導(dǎo)采用了電容、磁或光電技術(shù)。

圖1中的單通道隔離溫度測(cè)量電路采用了一種電容耦合的模擬隔離放大器。在電路中，一只RTD（電阻溫度探測(cè)器）將溫度轉(zhuǎn)換為一個(gè)電阻值。一個(gè)100-μA電流源將RTD電阻值轉(zhuǎn)換為電壓。INA114儀表放大器對(duì)RTD/100-μA電壓做放大，并消除RTD接線電阻RL。儀表放大器的增益與隔離放大器的輸入電壓范圍相匹配。

精密隔離放大器采用占空比調(diào)制法，將儀表放大器的輸出信號(hào)通過一個(gè)電容隔離屏障做傳送。隔離放大器能夠達(dá)到最大1500V的隔離作用。這個(gè)隔離器件的輸入信號(hào)帶寬大約為50 kHz，最小電源需求為±4V。封裝采用28腳的PDIP或SOIC。

另一種設(shè)計(jì)方法是使用ADC。ADS1247 ADC有兩個(gè)內(nèi)部電流源，一個(gè)PGA（可編增益放大器），以及一個(gè)delta-sigma調(diào)制器。電流源將RTD電阻轉(zhuǎn)換為電壓，并消除三個(gè)接線電阻的效應(yīng)。PGA提升RTD輸入信號(hào)，而轉(zhuǎn)換器則提供一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。

ISO7241和ISO7221數(shù)字隔離器通過隔離屏障，傳送模數(shù)結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2中的隔離器采用了內(nèi)部電容隔離技術(shù)，跨越隔離器傳送數(shù)字信號(hào)，采用8腳和16腳封裝。

很難說哪種隔離策略會(huì)適合您的應(yīng)用。這些模擬或數(shù)字隔離策略均可以應(yīng)用于電路中任何需要隔離的信號(hào)，這類電路會(huì)使用多種傳感器來測(cè)量溫度、壓力以及電流等。

隔離放大器可能是一種適用的方法，因?yàn)檫@樣可以留在模擬域內(nèi)。不過，它們有較高的電源需求。另外也可能青睞于數(shù)字隔離器，因?yàn)樾盘?hào)最終還會(huì)轉(zhuǎn)換到數(shù)字域。