用于可靠工業測量的隔離技術及不同方式的實現

　　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。數字隔離技術也在模擬電路工程師選擇器件及開發測量設備的光電模擬前端過程中，提供了更大的靈活性。具有數字隔離的產品使用限流及限壓保護電路來對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發了各自的隔離技術。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，它使用時間最長，也是最常見的數字隔離方式。它能經受高壓，對電氣及磁場噪聲也有較高抑制能力。光耦合器常用于工業化數字I/O產品，如NI PXI-6514隔離數字I/O模塊（圖10）及NI PCI-7390工業運動控制器。

　　圖10. 使用光耦合器的工業化數字I/O產品

　　對于高速模擬測量，光耦合器存在速度及功率耗散的問題，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技術開發于2001年(analog.com/iCoupler)，它通過電感耦合原理實現數字隔離，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的瞬態電壓抑制能力。

　　iCoupler技術基于小型的芯片級變壓器。一款iCoupler設備包括三個主要部分：發送器、變壓器及接收器。發送器電路采用邊沿觸發編碼器，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

　　來源: Analog Devices公司 (analog.com/iCoupler)