用于可靠工業(yè)測量的隔離技術(shù)及不同方式的實(shí)現

　　與隔離放大器相比，數字隔離器件成本更低，數據傳輸速率更高。數字隔離技術(shù)也在模擬電路工程師選擇器件及開(kāi)發(fā)測量設備的光電模擬前端過(guò)程中，提供了更大的靈活性。具有數字隔離的產(chǎn)品使用限流及限壓保護電路來(lái)對ADC提供保護。數字隔離器件的基本原理與模擬隔離中光電、電容及電感耦合的原理相似。

　　主要的數字隔離器件供應商，如安華高科技(www.avagotech.com)、德州儀器(www.ti.com)、及Analog Devices (www.analog.com)等公司都基于以上基本原理開(kāi)發(fā)了各自的隔離技術(shù)。安華高科技公司提供基于光電耦合的數字隔離器；德州儀器的隔離器基于電容耦合原理；Analog Devices公司的隔離器采用電感耦合方式。

　　光耦合器

　　光耦合器是基于光電耦合原理的數字耦合器，它使用時(shí)間最長(cháng)，也是最常見(jiàn)的數字隔離方式。它能經(jīng)受高壓，對電氣及磁場(chǎng)噪聲也有較高抑制能力。光耦合器常用于工業(yè)化數字I/O產(chǎn)品，如NI PXI-6514隔離數字I/O模塊（圖10）及NI PCI-7390工業(yè)運動(dòng)控制器。

　　圖10. 使用光耦合器的工業(yè)化數字I/O產(chǎn)品

　　對于高速模擬測量，光耦合器存在速度及功率耗散的問(wèn)題，光電耦合中也受到LED磨損的限制。相比光耦合器，基于電容及電感的數字隔離器所受限制更少些。

　　電容隔離

　　德州儀器提供基于電容耦合的數字隔離器件。這種隔離器具有高數據傳輸率及瞬態(tài)抑制能力。相比于電容及光電隔離，電感隔離的功率消耗更低。

　　電感隔離

　　Analog Devices的iCoupler技術(shù)開(kāi)發(fā)于2001年(analog.com/iCoupler)，它通過(guò)電感耦合原理實(shí)現數字隔離，適用于高速及高通道數應用。iCoupler設備能夠在16位模擬測量系統上提供100 Mb/s數據傳輸率，2,500 V電壓隔離，這意味著(zhù)采樣率可達到兆級。不同于光耦合器，iCoupler設備具有更低的功率消耗、高達125 °C的工作溫度范圍、及25 kV/ms的瞬態(tài)電壓抑制能力。

　　iCoupler技術(shù)基于小型的芯片級變壓器。一款iCoupler設備包括三個(gè)主要部分：發(fā)送器、變壓器及接收器。發(fā)送器電路采用邊沿觸發(fā)編碼器，將上升沿和下降沿轉換為1ns的脈沖。脈沖由變壓器傳輸通過(guò)隔離阻障，并在接收電路端解碼，如圖11所示。約0.3毫米的小型變壓器幾乎不受外部磁場(chǎng)影響。iCoupler設備在每片集成電路(IC)上集成了4條隔離通道，從而降低了測量硬件的成本。與光耦合器相比，所需的外部器件更少。

　　圖11. Analog Devices公司基于電感耦合的iCoupler技術(shù)

　　來(lái)源: Analog Devices公司 (analog.com/iCoupler)