用于可靠工业测量的隔离技术及不同方式的实现

　　与隔离放大器相比，数字隔离器件成本更低，数据传输速率更高。数字隔离技术也在模拟电路工程师选择器件及开发测量设备的光电模拟前端过程中，提供了更大的灵活性。具有数字隔离的产品使用限流及限压保护电路来对ADC提供保护。数字隔离器件的基本原理与模拟隔离中光电、电容及电感耦合的原理相似。

　　主要的数字隔离器件供应商，如安华高科技(www.avagotech.com)、德州仪器(www.ti.com)、及Analog Devices (www.analog.com)等公司都基于以上基本原理开发了各自的隔离技术。安华高科技公司提供基于光电耦合的数字隔离器；德州仪器的隔离器基于电容耦合原理；Analog Devices公司的隔离器采用电感耦合方式。

　　光耦合器

　　光耦合器是基于光电耦合原理的数字耦合器，它使用时间最长，也是最常见的数字隔离方式。它能经受高压，对电气及磁场噪声也有较高抑制能力。光耦合器常用于工业化数字I/O产品，如NI PXI-6514隔离数字I/O模块（图10）及NI PCI-7390工业运动控制器。

　　图10. 使用光耦合器的工业化数字I/O产品

　　对于高速模拟测量，光耦合器存在速度及功率耗散的问题，光电耦合中也受到LED磨损的限制。相比光耦合器，基于电容及电感的数字隔离器所受限制更少些。

　　电容隔离

　　德州仪器提供基于电容耦合的数字隔离器件。这种隔离器具有高数据传输率及瞬态抑制能力。相比于电容及光电隔离，电感隔离的功率消耗更低。

　　电感隔离

　　Analog Devices的iCoupler技术开发于2001年(analog.com/iCoupler)，它通过电感耦合原理实现数字隔离，适用于高速及高通道数应用。iCoupler设备能够在16位模拟测量系统上提供100 Mb/s数据传输率，2,500 V电压隔离，这意味着采样率可达到兆级。不同于光耦合器，iCoupler设备具有更低的功率消耗、高达125 °C的工作温度范围、及25 kV/ms的瞬态电压抑制能力。

　　iCoupler技术基于小型的芯片级变压器。一款iCoupler设备包括三个主要部分：发送器、变压器及接收器。发送器电路采用边沿触发编码器，将上升沿和下降沿转换为1ns的脉冲。脉冲由变压器传输通过隔离阻障，并在接收电路端解码，如图11所示。约0.3毫米的小型变压器几乎不受外部磁场影响。iCoupler设备在每片集成电路(IC)上集成了4条隔离通道，从而降低了测量硬件的成本。与光耦合器相比，所需的外部器件更少。

　　图11. Analog Devices公司基于电感耦合的iCoupler技术

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