如何成為出色的模擬工程師(三):數(shù)字隔離與模擬隔離

在很多系統(tǒng)中，模擬信號(hào)必須隔離。模擬信號(hào)所考慮的電路參量完全不同于數(shù)字信號(hào)。

模擬信號(hào)通常先要考慮：精度或線(xiàn)性度、頻率響應(yīng)、噪聲等?！　∪缓笫菍?duì)電源的要求，電源要求高隔離、高精度、低噪聲，特別是對(duì)輸入級(jí)。也應(yīng)該關(guān)注隔離放大器的基本精度或線(xiàn)性度不能依靠相應(yīng)的應(yīng)用電路來(lái)改善，但這些電路可降低噪聲和降低輸入級(jí)電源要求。

對(duì)于電源噪聲的干擾，可以采用調(diào)制載波使模擬信號(hào)跨越這個(gè)屏障。如ISO4-20的兩線(xiàn)無(wú)源信號(hào)隔離放大器使模擬隔離簡(jiǎn)化。輸入信號(hào)被占空度調(diào)制并以數(shù)字方式發(fā)送跨過(guò)屏障。輸出部分接收被調(diào)制的信號(hào)，把它變換回模擬信號(hào)并去掉調(diào)制/解調(diào)過(guò)程中固有的紋波成分。

對(duì)信號(hào)隔離的另一問(wèn)題是隔離放大器輸入級(jí)所需的功耗，而隔離放大器的輸入阻抗及自身的等效電阻是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。而輸出級(jí)通常以機(jī)殼或地為基準(zhǔn)，輸入級(jí)通常浮動(dòng)在另一個(gè)電位上。因此，輸入級(jí)的電源也必須隔離。通常用一個(gè)單電源（5V/12V/15V/24V），而不是理想中使用的正、負(fù)雙電源。

以下我們舉例來(lái)說(shuō)明模擬隔離技術(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(xiàn)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(guò)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。

模擬隔離電路圖

模擬隔離電路圖

CNY44模擬隔離電路圖

CNY44模擬隔離電路圖

很難說(shuō)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(lèi)電路會(huì)使用多種傳感器來(lái)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(guò)，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。