模擬與數字隔離技術的區別與實現方法

工業電路設計的工程師都要用隔離技術來解決安全問題、法規監管，以及接地層問題。如果您的電路中做了隔離，就可以在兩個點之間交換信息和功率，而不會有實際的電流流動。隔離有兩大好處。首先，它能防止人員和設備遭受到有潛在危險的浪涌電流和電壓。其次，它可以防止意外的接地回路，從數據鏈路和其它互連對信號造成干擾。

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

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

圖1中的單通道隔離溫度測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（電阻溫度探測器）將溫度轉換為一個電阻值。一個100-μA電流源將RTD電阻值轉換為電壓。INA114儀表放大器對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制法，將儀表放大器的輸出信號通過一個電容隔離屏障做傳送。隔離放大器能夠達到最大1500V的隔離作用。這個隔離器件的輸入信號帶寬大約為50 kHz，最小電源需求為±4V。封裝采用28腳的PDIP或SOIC。

另一種設計方法是使用ADC。ADS1247 ADC有兩個內部電流源，一個PGA（可編增益放大器），以及一個delta-sigma調制器。電流源將RTD電阻轉換為電壓，并消除三個接線電阻的效應。PGA提升RTD輸入信號，而轉換器則提供一個數字輸出信號。

ISO7241和ISO7221數字隔離器通過隔離屏障，傳送模數結構以及轉換結果。圖2中的隔離器采用了內部電容隔離技術，跨越隔離器傳送數字信號，采用8腳和16腳封裝。

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

隔離放大器可能是一種適用的方法，因為這樣可以留在模擬域內。不過，它們有較高的電源需求。另外也可能青睞于數字隔離器，因為信號最終還會轉換到數字域。