隔離式ADC架構利用分流電阻進行三相電能計量
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圖3. 具有分流電阻、獨立電源和隔離通信的三相電表
理想情況下，所有相電流和電壓都應同步采樣，以便利用瞬時值進行全面的三相分析。但是，各相的ADC讀數完全獨立，因為不存在ADC同步。這是這種架構的第一個局限。使用電流互感器或羅氏線圈的電表則不存在這種問題，因為它們可以使用一個計量模擬前端(AFE)來同時讀取所有相電流和電壓。
這種架構的另一個問題是高器件數：一個MCU、三個ADC、三個多通道數據隔離器以及四個電源。使用CT的電表不存在這個問題，因為電路板通常具有一個MCU、一個計量AFE和一個電源。
那么，如何構建一款具有分流電阻的優勢，器件數對于這種架構而言最少(即一個MCU、一個電源和三個ADC)，并且能對所有相電流和電壓同步采樣的電表呢？
隔離式ADC架構
答案是構建一種集成至少兩個ADC、一個隔離式DC-DC轉換器和數據隔離器，并能使屬于不同芯片的ADC同步采樣數據的芯片(圖4)。MCU的電源VDD也為此芯片供電。采用芯片級變壓器技術的隔離式DC-DC轉換器為ADC的第一級提供隔離電源。一個ADC檢測分流電阻上的電壓，另一個ADC利用分壓器檢測相至零線電壓。由分流電阻極點之一所確定的地就是芯片隔離側的地。ADC為sigma-delta型，僅第一級放在芯片的隔離側。第一級輸出的位流經過芯片級變壓器，后者是隔離數據通信通道的一部分。芯片的非隔離側收到位流，濾波后將其變為24位字，然后通過SPI串行端口提供給外部。
芯片級變壓器技術對這種新型ADC架構的貢獻最大。與光耦合器相比，ADI公司獲得專利的iCoupler數字隔離器更可靠、尺寸更小、功耗更低、通信速度更快、時序精度更佳。但這還不夠。隔離式sigma-delta調制器上市已久，采用光耦合器或芯片級變壓器。芯片級變壓器技術的最重要貢獻是伴隨isoPower隔離式DC-DC轉換器，它可以與ADC、數字模塊、隔離數據通道一同集成到一個表貼薄型封裝中。
圖4. 新型ADC架構包括雙通道ADC、數據隔離和一個隔離式DC-DC轉換器
信息利用極高頻PWM脈沖傳輸到隔離柵另一側。由此產生的高頻電流會在電路板中傳播，引起邊沿和偶極子輻射。隔離式DC-DC轉換器的負載僅由sigma-delta ADC的第一級構成，其幅度是已知的。因此，線圈是針對已知負載進行設計，從而可以降低一般與DC-DC轉換器相關的輻射，并且無需四層電路板。使用這種架構的IC時，電表制造商可以使用兩層電路板，并通過所需的CISPR 22 Class B標準。
為使與MCU的接口盡可能簡單，芯片的數字模塊對來自第一級的位流進行濾波，并通過簡單的從機SPI串行端口提供24位ADC輸出。電表每一相都有一個隔離式ADC，因此獲得一致ADC輸出的挑戰仍未解決。如果采用同一時鐘工作，則所有相上的ADC第一級可以在同一時刻采樣。如果圖4中的CLKIN信號產生自MCU，則這很容易實現。另一個方案是使用一個晶振為一個芯片產生時鐘，然后利用緩沖CLKOUT信號為所有其它隔離式ADC提供時鐘。控制所有隔離式ADC以在同一時刻產生ADC輸出。現在，電表就能利用分流電阻檢測電流，執行精確、全面的三相分析。
圖5顯示一款采用三個隔離式ADC的三相電表。該電表僅有一個電源為MCU和隔離式ADC供電。MCU利用SPI接口從各IC讀取ADC輸出。
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