使用USB進行測量應用的優勢和潛在危險

如果對以上問題1或2的答案是肯定的，就需要確保你的系統具有隔離措施。隔離能保護PC免受損害，通過在電路間物理隔離電氣連接來保護你的數據完整性，即限制可能有害的電壓或電流經過你的系統。也可通過給系統添加信號調理配件來提供隔離，這樣價格會很昂貴，或者一開始就選擇帶隔離的USB數據采集模塊。

我們來更仔細分析這些應用環境，從每個案例中了解隔離的作用。

案例1： ESD、閃電或電源浪涌

圖1展示了一個典型的應用場景，其中一個傳感器正在測量待測設備的電壓。該傳感器一頭連接到USB數據采集模塊，另一頭連接到PC。

ESD、閃電以及電源浪涌產生突發的瞬時過壓，即使時間很短，也可能損害整個系統中的電子元件。如果USB數據采集模塊沒有隔離(見圖2)，這些事件產生的電流回流通過整個系統，最后到達PC并且可能損害PC和其他系統部件。

一些數據采集方案供應商所提供的未隔離模塊在出現瞬時過壓時事實上會鎖死整個系統，從而不得不重啟系統。在測量應用中這種行為是不能接受的。

與之對比的是，隔離的模塊(圖3中顯示)通過模塊的地平面釋放有害的電流，來保護整個系統。

即使引入的瞬時電壓很小不足以損害系統，也要小心你的數據可能包含很大的錯誤，特別在高分辨率的情況下。例如，如果使用具有16位分辨率的USB模塊來測量±10V 電壓范圍的信號，LSB值是0.31mV(見表1)。如果這個模塊未隔離，同時電氣系統中出現瞬時電壓，數據因此可能偏差數百毫伏。甚至在靜態環境中，你的數據也可能偏差幾十毫伏。當測量低電平的信號時這算得上是巨大的差錯。

如果需要高精度、低噪聲的測量，隔離至關重要。Data Translation公司所有的USB模塊，從DT9801系列到DT9834系列，都提供高達500V的電氣隔離。電氣隔離把輸入信號中的能量轉化成輸出信號在模塊的地平面上流走。結果，你的計算機保持安全，測量結果更加精確。

以DT9801模塊為例，通過使用下列的元件提供高達500V的電氣隔離：

1. 變壓器：從無延遲的快速時鐘信號中轉換能量；

2. 光隔離器：從帶有幾十毫秒延遲的較慢的控制信號中轉化能量；

3. 差分容性耦合：從帶有1毫秒延遲的慢速數據通道中轉化能量。

案例2 ：不同的地電位

單端模擬輸入是參考大地的未隔離的輸入。在未隔離系統中，甚至數字I/O信號都連到同樣的地上。如果待測系統和USB數據采集模塊共享同樣的地(通過連到建筑物的電源系統)，兩個設備地電位間的差別是實際存在的(超過100mV)。快速開關電流必須沿著5米長的USB線纜流到PC。