優秀模擬工程師必備(三):數字隔離與模擬隔離

　　模擬信號隔離

　　在很多系統中，模擬信號必須隔離。模擬信號所考慮的電路參量完全不同于數字信號。

　　模擬信號通常先要考慮：精度或線性度、頻率響應、噪聲等。　　然后是對電源的要求，電源要求高隔離、高精度、低噪聲，特別是對輸入級。也應該關注隔離放大器的基本精度或線性度不能依靠相應的應用電路來改善，但這些電路可降低噪聲和降低輸入級電源要求。

　　對于電源噪聲的干擾，可以采用調制載波使模擬信號跨越這個屏障。如ISO4-20的兩線無源信號隔離放大器使模擬隔離簡化。輸入信號被占空度調制并以數字方式發送跨過屏障。輸出部分接收被調制的信號，把它變換回模擬信號并去掉調制/解調過程中固有的紋波成分。

　　對信號隔離的另一問題是隔離放大器輸入級所需的功耗，而隔離放大器的輸入阻抗及自身的等效電阻是問題的關鍵所在。而輸出級通常以機殼或地為基準，輸入級通常浮動在另一個電位上。因此，輸入級的電源也必須隔離。通常用一個單電源(5V/12V/15V/24V)，而不是理想中使用的正、負雙電源。

　　以下我們舉例來說明模擬隔離技術

　　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。

　　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。