信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)使(shi)數(shu)字(zi)或(huo)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)在(zai)發(fa)送(song)時(shi)不(bu)存(cun)在(zai)穿(chuan)越(yue)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)之(zhi)間(jian)屏(ping)障(zhang)的(de)電(dian)流(liu)連(lian)接(jie)。這(zhe)允(yun)許(xu)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)端(duan)外(wai)的(de)地(di)或(huo)基(ji)準(zhun)電(dian)平(ping)之(zhi)差(cha)值(zhi)可(ke)以(yi)高(gao)達(da)幾(ji)千(qian)伏(fu)，並(bing)且(qie)防(fang)止(zhi)了(le)可(ke)能(neng)損(sun)害(hai)信(xin)號(hao)的(de)不(bu)同(tong)地(di)電(dian)位(wei)之(zhi)間(jian)的(de)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)。信(xin)號(hao)地(di)的(de)噪(zao)聲(sheng)可(ke)使(shi)信(xin)號(hao)受(shou)損(sun)。隔(ge)離(li)可(ke)將(jiang)信(xin)號(hao)分(fen)離(li)到(dao)一(yi)個(ge)幹(gan)淨(jing)的(de)信(xin)號(hao)子(zi)係(xi)統(tong)地(di)。在(zai)另(ling)一(yi)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)，基(ji)準(zhun)電(dian)平(ping)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)連(lian)接(jie)可(ke)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)對(dui)於(yu)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)或(huo)病(bing)人(ren)不(bu)安(an)全(quan)的(de)電(dian)流(liu)通(tong)路(lu)。信(xin)號(hao)的(de)性(xing)質(zhi)可(ke)以(yi)為(wei)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)指(zhi)明(ming)係(xi)統(tong)可(ke)考(kao)慮(lv)的(de)那(na)些(xie)正(zheng)確(que)的(de)IC。

 

第一類隔離器件依賴於無發送器和接收器來跨越隔離屏障。這種器件曾用於數字信號，但線性化問題迫使模擬信號隔離采用變壓器，用調製載波使模擬信號跨越這個屏障。變壓器怎麼說總是難弄的
，而且通常不可能製成IC，所suo以yi想xiang出chu了le用yong電dian容rong器qi電dian路lu來lai耦ou合he調tiao製zhi信xin號hao以yi跨kua越yue屏ping障zhang。作zuo用yong在zai隔ge離li屏ping障zhang上shang的de高gao轉zhuan換huan率lv瞬shun態tai電dian壓ya可ke做zuo為wei單dan電dian容rong屏ping障zhang器qi件jian的de信xin號hao，所suo以yi已yi開kai發fa出chu雙shuang電dian容rong差cha分fen電dian路lu以yi使shi誤wu差cha最zui小xiao。現xian在zai電dian容rong屏ping障zhang技ji術shu已yi應ying用yong在zai數shu字zi和he模mo擬ni隔ge離li器qi件jian中zhong。

 

 

隔離數字信號有很大選擇範圍。假若數據流是位串行的，則選擇方案範圍從簡單光耦合器到隔離收發器IC。主要設計考慮包括：

 

•所需的數據速率

 

•係統隔離端的電源要求

 

•數據通道是否必須為雙向

 

基於LED的光耦合器是用於隔離設計問題的第一種技術。現在有幾件基於LED IC可用，其數據速率為10Mbps及以上。一個重要的設計考慮是LED光輸出隨時間減小。所以在早期必須為LED提(ti)供(gong)過(guo)量(liang)電(dian)流(liu)，以(yi)使(shi)隨(sui)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)仍(reng)能(neng)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)輸(shu)出(chu)光(guang)強(qiang)。因(yin)為(wei)在(zai)隔(ge)離(li)端(duan)可(ke)能(neng)提(ti)供(gong)電(dian)很(hen)有(you)限(xian)
，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)過(guo)量(liang)電(dian)流(liu)是(shi)一(yi)個(ge)嚴(yan)重(zhong)的(de)問(wen)題(ti)。因(yin)為(wei)LED需要的驅動電流可以大於從簡單邏輯輸出級可獲得的電流，所以往往需要特殊的驅動電路。

對於高速應用和在邏輯信號控製下使數據流反向轉送的情況，可用Burr-Brown公司的ISO 150數字耦合器。圖1示出ISO150的雙向應用電路。通道1控製通道2的傳送方向
，並配置為從A端傳送到B端。加到DIA引腳的信號確定信號的流向。送到B端的高電平把通道2的那一端置為接收模式。而加到通道2A端Mode引腳的低電平則把通道置成發送模式。方向信號的狀態在隔離屏障的兩邊都有。此電路可工作在80MHz的數據率下。

 

位串行通信的第二種變形是正在發展中的差分總線係統裝置。這些係統由RS-422、RS-485和CANbus標準描述。某些係統很幸運地具有公共地，而很多係統具有不同電位的結點。當兩結點相隔一定距離時，情況就更是如此。Burr-Brown公司的ISO 422是設計成用於可有這些應用的集成全雙工隔離收發器。此收發器可配製為半雙工和全雙工（見圖2）。傳輸率可達2.5Mbps。此器件甚至還包含了環路（Loop-back）測試功能
，所以每個結點都可執行自測試功能。在此模式期間，總線上的數據被忽略。

 

在很多係統中
，模擬信號必須隔離。模擬信號所考慮的電路參量完全不同於數字信號。模擬信號通常先要考慮：

 

•精度或線性度

 

•頻率響應

 

•噪聲考慮

 

dianyuanyaoqiu，tebieshiduishuruji，yeyinggaiguanzhugelifangdaqidejibenjingduhuoxianxingdubunengyikaoxiangyingdeyingyongdianlulaigaishan，danzhexiedianlukejiangdizaoshenghejiangdishurujidianyuanyaoqiu。

 

Burr-Brown的ISO124使模擬隔離簡化。輸入信號被占空度調製並以數字方式發送跨過屏障。輸出部分接收被調製的信號，把它變換回模擬電壓並去掉調製/解調過程中固有的紋波成分。由於對輸入信號的調製與解調，所以應遵循采樣數據係統的一些限製。調製器工作在500kHz的基頻上
，所以高於250kHz Ngquist頻率的輸入信號在輸出中呈現較低的頻率分量。

 

盡管輸出級去掉了輸出信號中載波頻率的大多數，但仍然有一定量的載波信號存在。圖4示出了降低係統其餘部分中高頻噪聲汙染的組合濾波方法。電源濾波器能顯著地降低從電源引腳竄入的噪聲。輸出濾波器是一個Q為I
、3dB頻率為50kHz的二極Sallen-key級。這使輸出紋波降低5倍。

 

對dui隔ge離li電dian壓ya的de另ling一yi問wen題ti是shi輸shu入ru級ji所suo需xu的de功gong率lv。輸shu出chu級ji通tong常chang以yi機ji殼ke或huo地di為wei基ji準zhun，而er輸shu入ru通tong常chang浮fu動dong在zai另ling一yi個ge電dian位wei上shang。因yin此ci，輸shu入ru級ji的de電dian源yuan也ye必bi須xu隔ge離li。通tong常chang用yong一yi個ge單dan電dian源yuan，而er不bu是shi理li想xiang中zhong使shi用yong的de+15V和-15V電源。

 

圖5示出在ISO124輸入級的一個單電壓電源結合使用1NA2132雙差分放大器，可將擺幅提升到輸入信號電平的全範圍。唯一的要求是輸入端電源電壓保持大於9V，這是ISO124輸入電壓所需要的。

 

INA2132的下半部產生一個VS+電源的一半的輸出電壓。此電壓用作INA2132另一半的REF引腳和ISO124的GND輸入是偽地。INA2132的差分輸入信號的擺幅可以高於或低於新參考電平。ISO124的輸出與輸入一樣，將是完全雙極性的。

 

 

並行數字數據總線的隔離將增加三個更主要的設計參量：

 

•總線的位寬度

 

•容許的偏移度

 

•時鍾速度要求

 

用(yong)一(yi)排(pai)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)可(ke)完(wan)成(cheng)這(zhe)種(zhong)任(ren)務(wu)
，但(dan)支(zhi)持(chi)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)很(hen)龐(pang)雜(za)。光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)播(bo)時(shi)間(jian)失(shi)配(pei)將(jiang)導(dao)致(zhi)數(shu)據(ju)偏(pian)移(yi)

，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)的(de)數(shu)據(ju)誤(wu)差(cha)。為(wei)使(shi)這(zhe)種(zhong)問(wen)題(ti)減(jian)至(zhi)最(zui)小(xiao)，ISO508隔離數字耦合器（圖3）支持在輸入和輸出端的雙緩衝數據緩存。這種配置將以2MBps的速率傳輸數據。

 

ISO508有兩種工作模式。當CONT引腳被置成低態時
，在LE1信號的控製下，數據以同步模式被傳送穿越屏障。在LE1高態時，數據從輸入引腳傳送到輸入鎖存。當LE1變低態時，數據字節開始傳輸穿越屏障。在此時間，輸入引腳可用於下一代數據字節。在此模式下，可傳送的數據率可達2MBps。

 

當CONT引腳被置成高態時
，數據在器件內部20MHzshizhongdekongzhixiabeikuayuepingzhangfasong。shujuchuanshuduiwaibusuocunshinengxinhaoshiyibude。shujuyichuanxingxingshicongshurusuocunbeixuantongdaoshuchusuocun。zaiyigezijiechuanshuwanchenghou，zhenggezijieyirushuchusuocun
，shuchusuocunjiangduiyichuanshudeshujuzijiequpianyi。duiyuwanzhengde8位字節，傳播延遲將小於1ms。

 

新的多功能數據采集IC使設計人員有機會在跨越隔離屏時完成多個任務。一個完整的數據采集器件可包含多路模擬開關，可編程增益儀表放大器、A/D轉換器和一個或多個數字I/O通道。所有這些功能都是通過一個串行數據口進行控製的。Burr-Brown公司的ADS7870就是這樣的一種器件。ADS7870與ISO150一起工作得很好，並示於圖6。

在此應用中
，ADS7870的每個可編程功能都置於主微處理器的控製之下，而該微處理器本身的控製是通過串行通信口寫命令到寄存器來實現的。控製特性包括：

 

•多路器的選擇

 

•4個差分通道或8個單端通道

 

•可編程儀表放大器的增益設置，1～20

 

•12位A/D轉換的初始化

 

此器件的4條數字I/O線也是有用的
，可被個別地規定為報告數字信號的狀態或輸出數字信號。這允許隔離某些支持功能
，如通過同一ISO150擴展信號多路器的電平或錯誤標誌讀出。

 

 

youhenduoqijiankegongshejirenyuanxuanyong

，bingshiyongzaixitongzhongdidianweiyouhendachabiedeshejizhong。meiyizhongqijiandoushizhenduidutexitongyaoqiuershejide。xinqijianxingnengjichengdegaoshuipingshidekuayuegelipingzhangnengshixiancongqianzuobudaodegengfuzadecaozuo。