用于可靠工业测量的隔离技术

　　数字隔离

　　ADC是任何模拟输入数据采集设备的关键组件之一。为了获得最佳性能，ADC的输入信号应当尽可能接近原始的模拟信号。 模拟隔离可能会在信号到达ADC之前导致包括增益、非线性和偏偏移量等误差。将ADC放置在更为接近信号源的位置可以获得更好的性能。同时，模拟隔离组件 价格较高，而且可能存在建立时间过长的缺点。尽管数字隔离可以获得更好的性能，但是，在过去使用模拟隔离的原因之一却是为昂贵的ADC提供保护。由于 ADC的价格已经大幅下降，测量设备的供应商们正在选择通过对ADC的保护来换取数字隔离装置所提供的更好性能和更低成本，如图9所示。

　　图9 16-位模数转换器的价格下降曲线

　　与隔离放大器相比，数字隔离组件具有更低的成本并提供更高的数据传输速率。数字隔离技术也提供给模拟设计人员在选择组件 并开发面向测量设备的最优模拟前端时能够有更高的灵活性。具有数字隔离功能的产品利用限流电路和限压电路提供ADC保护。数字隔离组件遵循与光耦合、电容 耦合和感应耦合相同的基本原理，这也是模拟隔离技术的构成基础。

　　在数字隔离组件领域领先的供应商，如 安华高科技(www.avagotech.com)、 德州仪器(www.ti.com)和Analog(www.analog.com)等公司，已围绕这些基本原理其中开发了各自的隔离技术。安华高科技提供 了基于光耦合的数字隔离功能。德州仪器的隔离装置则基于电容耦合，而模拟设备公司的隔离装置采用感应耦合。

　　光耦合器

　　光耦合器，即基于光耦合原理的数字隔离装置，是最古老也是最常用的数字隔离方法之一。它们可耐高压并提供对电气噪声和磁 噪声的高抗干扰能力。光耦合器常用于工业数字I/O产品中，如NI PXI-6514隔离式数字I/O模块(如图10所示)和NI PCI-7390工业运动控制器。

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　　图10 工业数字I/O产品使用光耦合器

　　然而，对于高速模拟测量，光耦合器易受到速率、功耗和LED损耗等与光耦合相关的限制的影响。而基于电容耦合和感应耦合的数字隔离装置可以缓解许多光耦合器的限制。