電子電路中隔離的隔離技術(shù)?

一、電子電路中的隔離基本概念

在許多應(yīng)用中，數(shù)據(jù)鏈路之間需要（甚至是必要的）非直接的（導(dǎo)電）連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時(shí)避免來自系統(tǒng)某一部分的危險(xiǎn)電壓（或電流）對(duì)其另一部分造成破壞，造成這種破壞性失效的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障、雷擊和浪涌等各種故障。此外，通信節(jié)點(diǎn)的間距可能相當(dāng)大，常常由不同接地區(qū)域的AC插座來給這些節(jié)點(diǎn)供電，這些接地區(qū)域之間的電位差（可能含有DC偏壓、50Hz的AC諧波和各種瞬態(tài)噪聲分量）也會(huì)造成破壞。

在實(shí)際工程使用中，經(jīng)常發(fā)生通過電纜邏輯接地或屏蔽將這些地線連接在一起的情況，可能形成接地環(huán)路，且電流將流入該電纜。接地環(huán)路電流會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生嚴(yán)重影響（包括數(shù)據(jù)惡化、EMI過大、元件損壞），當(dāng)電位差足夠大時(shí)，人體就有遭受電擊的可能。一般在兩種情況下會(huì)采用隔離技術(shù)：第一種情況是：在有可能存在損壞設(shè)備或危害人員的潛在電流浪涌時(shí)。如醫(yī)療上的應(yīng)用、電機(jī)控制、總線隔離等方面。第二種情況是：必須避免存在不同地位和分裂的接地回路的互連。兩種情況都是采用隔離來避免電流流過，而允許兩點(diǎn)之間有數(shù)據(jù)或功率傳送。

電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷,從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果,使電子電氣設(shè)備符合電磁兼容性的要求。電路隔離主要有:模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有:變壓器隔離法、脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、線性隔離放大器隔離法、光纖隔離法、A/D轉(zhuǎn)換器隔離法等。

說直觀一點(diǎn)就是如果產(chǎn)品的使用環(huán)境比較復(fù)雜（比如工業(yè)環(huán)境），或涉及到多個(gè)不同電源供電系統(tǒng)之前的相互通訊（比如RS232、RS485、CAN等各種通訊接口）都需要（甚至是必須）隔離。

電子電路中的隔離會(huì)涉及到三個(gè)方面的隔離：

第一是電源的隔離，一般會(huì)選擇DC-DC 隔離電源模塊。

第二是信號(hào)、數(shù)據(jù)的隔離。

第三是地的隔離，隔離前側(cè)的地（GND）與后側(cè)的地（GNDISO）是不可以連接在一起的，但有些不得不連接在一起的場合，我們可以選用磁珠或0 歐電阻放在兩個(gè)地之間。

二、模擬電路的隔離

電子電氣設(shè)備的模擬電路部分通常包含供電系統(tǒng)、模擬信號(hào)測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。模擬電路的隔離比較復(fù)雜,要考慮模擬信號(hào)的精度、線性度、頻率響應(yīng)、噪聲響應(yīng)等，特別要考慮系統(tǒng)對(duì)傳輸通道的精度要求,對(duì)精度要求越高,其通道的成本也可能越高。模擬電路的隔離主要采用變壓器、互感器、直流電壓隔離器、線性隔離放大器等隔離方法。

一般的模擬隔離情況比較復(fù)雜、成本比較高。對(duì)于變壓器、互感器、直流電壓隔離器的隔離原理及方法我們?cè)谶@里就不做詳述了，來談一談大家比較關(guān)心的模擬隔離里面常見的4-20mA、0-10V的隔離。

工業(yè)現(xiàn)場最常見的信號(hào)是4-20mA﹑0-10V，對(duì)于諸如壓力、溫度、流量等物理量也要處理成4-20mA﹑0-10V 信號(hào)以便計(jì)算機(jī)處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為儀表用4-20mA﹑0-10V信號(hào)的設(shè)備稱為變送器。對(duì)于這兩種信號(hào)的隔離，在市面上都有相應(yīng)的隔離產(chǎn)品。

三、數(shù)字電路的隔離

數(shù)字隔離技術(shù)常用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的現(xiàn)場總線、軍用電子系統(tǒng)和航空航天電子設(shè)備中，尤其是一些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的場合。數(shù)字隔離電路主要用于數(shù)字信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)的傳輸。數(shù)字隔離器件的生產(chǎn)商很多，如安華高的HCPL系列、TI 的ISO72XX 系列、ADI 的ADuM12/14XX系列、NVE的ILXX 系列、芯科實(shí)驗(yàn)室的SI84XX等公司，各廠商的產(chǎn)品都得到了廣泛的應(yīng)用。依照數(shù)字式隔離電路的生產(chǎn)工藝、電氣結(jié)構(gòu)和傳輸原理，數(shù)字隔離電路主要分為光電隔離、電磁隔離以及電容隔離技術(shù)的數(shù)字隔離器件。

光電隔離

在隔離方面，光電隔離可謂是老大哥了，也是最為我們所熟知的一種隔離器件，尤其是6N137可謂是在高速數(shù)字隔離方面獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。其隔離原理我想就不用再過多的描述了吧。但隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，光電隔離的速率、LED老化、使用不方便、功耗過高等缺點(diǎn)也暴露出來。但因?yàn)?N137一直是主流，所以成本也比較低。

電磁隔離

與光耦合一樣，電感耦合也有較長的應(yīng)用歷史，但通常僅用于電源或模擬隔離器，而非數(shù)字器件。隨著制造工藝的進(jìn)步和研發(fā)設(shè)計(jì)水平的提高，電感式數(shù)字隔離器件得到了迅速的發(fā)展和廣泛的運(yùn)用。

電感耦合使用不斷變化的磁場來通過隔離層實(shí)現(xiàn)通信。電感耦合的優(yōu)勢之一是可以在不明顯降低差模信號(hào)的情況下最小化變壓器的共模噪聲。另一個(gè)優(yōu)勢是信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換效率極高，因而可以實(shí)現(xiàn)低功耗隔離器。

變壓器是一個(gè)最常見的例子：初級(jí)繞組及次級(jí)繞組的結(jié)構(gòu)(單位長度的圈數(shù))、磁芯介電常數(shù)以及電流強(qiáng)度決定了磁場強(qiáng)度。根據(jù)對(duì)數(shù)字信號(hào)編解碼的不同，主要有以采用脈沖調(diào)制(ADI 公司)和射頻調(diào)制(芯科實(shí)驗(yàn)室)為主的兩類產(chǎn)品。而采用巨磁電阻(GMR)效應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)字隔離器件是另一個(gè)例子，以NVE 公司和安華高公司為代表。

脈沖調(diào)制變壓器隔離器件

ADI 公司的ADuM 磁隔離芯片是基于芯片尺寸變壓器的磁耦合器，是采用脈沖調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字隔離器件。平面變壓器采用CMOS 金屬層，頂部鍍了一層金用于鈍化。在鍍金層下面的抗高擊穿電壓的聚酰亞胺層將其頂部的變壓器線圈和底部線圈隔離。連接到頂部和底部線圈的高速CMOS 電路為每個(gè)變壓器及其外部信號(hào)之間提供接口。晶片級(jí)信號(hào)處理提供了一種在單顆芯片中集成多個(gè)隔離通道以及其它半導(dǎo)體功能的低成本方法。iCoupler技術(shù)消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問題，功耗降低了90％，并且無需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件。

數(shù)字信號(hào)的傳送是通過發(fā)送大約1ns寬的短脈沖到變壓器另一端來實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)連續(xù)的短脈沖表示一個(gè)上升沿，單個(gè)短脈沖表示下降沿。次級(jí)端有一個(gè)不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生檢測脈沖。如果檢測到兩個(gè)脈沖，輸出就被置為高電平。相反的，如果檢測到單個(gè)脈沖，輸出就置為低電平。采用一個(gè)輸入濾波器有助于提高噪聲抗擾能力。如果1ms左右沒有檢測到信號(hào)邊緣，發(fā)送刷新脈沖信號(hào)給變壓器來保證直流的正確性(直流校正功能)。如果輸入為高電平，就產(chǎn)生兩個(gè)連續(xù)的短脈沖作為刷新脈沖，如果輸入為低電平，就產(chǎn)生單個(gè)短脈沖刷新。這對(duì)于上電狀態(tài)和具有低數(shù)據(jù)速率的輸入波形或恒定的直流輸入是很重要的。為了補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)器端的刷新電路，在接收器端采用了一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器來保證在沒有檢測到刷新脈沖時(shí)，輸出處于一種故障安全狀態(tài)。

ADI的ADuM磁隔離芯片是最早使用電磁隔離技術(shù)的，也是所有隔離器件里面功耗最低的隔離器，應(yīng)用的是ADI 公司的icoupler專利技術(shù)，目前除ADI 的各大代理商外，北京晶圓智通科技有限公司（www.adum.com.cn）在專門的做ADuM 磁隔離芯片的技術(shù)推廣。

射頻調(diào)制變壓器隔離器件

芯科實(shí)驗(yàn)室公司是采用射頻調(diào)制變壓器技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)數(shù)字隔離器件的典型代表。其Si844x系列器件以一套專利架構(gòu)為基礎(chǔ)，利用標(biāo)準(zhǔn)全CMOS 工藝制造多組芯片級(jí)變壓器，能夠提供整合度最高的6通道隔離功能。產(chǎn)品中采用的射頻編碼和譯碼機(jī)制使得不需要特別考慮或初始設(shè)定，就能提供可靠的隔離數(shù)據(jù)路徑。芯科實(shí)驗(yàn)室公司產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與ADI公司的產(chǎn)品類似，但有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)。由于采用射頻調(diào)制，內(nèi)部有2.1GHz 的載波產(chǎn)生及檢測，載波和諧波會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生電磁輻射，不過電磁輻射值滿足FCC(美國通信委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)要求。

巨磁電阻隔離器件

NVE公司的IL系列和安華高公司的HCPL-90XX/09XX系列高速數(shù)字隔離器件是采用巨磁電阻技術(shù)集成的高速CMOS器件。在GMR隔離器中，輸入端信號(hào)在低電感線圈感應(yīng)電流，產(chǎn)生正比的磁場?？偟拇艌龈淖僄MR的電阻，通過CMOS集成電路分析，輸出就是輸入信號(hào)的精確重生。該類器件優(yōu)點(diǎn)與別的電感式器件類似，但有幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)：上電或初始狀態(tài)時(shí)輸入與輸出可能狀態(tài)不一致；對(duì)輸入噪聲敏感，伴隨一個(gè)噪聲尖峰，輸出不穩(wěn)定，有可能與輸入不一致，也可能一致，還可能會(huì)振蕩;對(duì)較緩的脈沖上升沿，輸出可能隨輸入變化，可能不變，還可能會(huì)振蕩;輸出有過沖;無直流校正功能，無法傳輸直流信號(hào)。

電容隔離

TI公司的IS072x系列數(shù)字隔離器采用電容耦合技術(shù)。電容耦合使用不斷變化的電場來通過隔離層實(shí)現(xiàn)信息傳輸。電容器極板之間的材料是電介質(zhì)絕緣體(二氧化硅)，即隔離層，這種高性能的絕緣體具有很穩(wěn)定的可靠性和耐用性以及抗磁干擾能力和抗瞬態(tài)電壓能力。電極板的大小、板間距離以及電介質(zhì)材料決定了電氣特性。采用電容隔離層的優(yōu)勢是效率高，無論在體積、能量轉(zhuǎn)換還是在抗磁場干擾方面均如此。這種高效特性使得實(shí)現(xiàn)低功耗及低成本的集成式隔離電路成為可能?？垢蓴_性則使得器件可以在飽和或密集磁場環(huán)境下工作。與變壓器不同的是，電容耦合的缺點(diǎn)在于無差分信號(hào)，并且噪聲與信號(hào)共用同一條傳輸通道。這就要求信號(hào)頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的噪聲頻率，以便使隔離層電容對(duì)信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗而對(duì)噪聲呈現(xiàn)高阻抗。電容耦合還存在帶寬限制，并需要時(shí)鐘編碼數(shù)據(jù)。

各數(shù)字隔離器件比較

各公司的隔離器件只要通道數(shù)相同，都采用相同的封裝，引腳相互兼容，僅有部分引腳定義稍有差異，大多數(shù)情況下都可相互替換。產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可根據(jù)具體需要選擇不同公司的產(chǎn)品，也可在調(diào)試時(shí)更換，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)留下了更多的選擇空間。

下面我們就以表格的形式來看一下各廠商的隔離器件性能比較：

目前各大廠商的數(shù)字隔離器里面，ADI的種類最多，不僅可提供5000V隔離度的隔離器，還可提供RS232、RS485、USB等隔離芯片，而且是唯一可集成DC-DC隔離電源隔離芯片；SI 只可提供單純的數(shù)字隔離器，不過可達(dá)6通道；NVE可提供RS485的隔離芯片；TI可提供RS485、CAN 的隔離芯片。所有數(shù)字隔離器里面，ADI的數(shù)字隔離器種類最多、型號(hào)最全、功耗最低、IO驅(qū)動(dòng)能力（-35~+35mA）最強(qiáng)。

四、總線接口中隔離的應(yīng)用

（一）隔離技術(shù)在RS485/422 中的應(yīng)用

RS485/RS422 作為強(qiáng)健的接口標(biāo)準(zhǔn)，采用雙絞線電纜連接并具有寬共模電壓范圍內(nèi)差分信號(hào)傳輸?shù)牡驮肼曬詈咸匦裕试S高達(dá)10Mbps 信號(hào)傳輸速率下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。盡管該標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛接受，但是他在實(shí)際應(yīng)用中的一些具體問題并沒有得到深入的認(rèn)識(shí)，甚至存在著種種誤區(qū)（比如接地、隔離及瞬態(tài)保護(hù)并沒有在實(shí)際使用中得到正確的應(yīng)用），以至影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。

對(duì)于RS485 的隔離我們可以分四種方法：

第一種是比較傳統(tǒng)的光電隔離，一般會(huì)在CPU與RS485 收發(fā)器之間用三個(gè)光耦（如6N137）來分別隔離RX、TX、RE/DE，外用DC-DC隔離電源分別給一次端、二次端供電。這種隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是：電路比較成熟，成本較低。缺點(diǎn)是：整個(gè)電路體積大，集成度不高，存在LED老化，影響速度等問題。

第二種是采用數(shù)字隔離器件，如可以選用ADI的ADuM141x, 也可選用TI 的ISO72XX 數(shù)字隔離器，來替代CPU與RS485收發(fā)器之間的三個(gè)光耦。其它電路部分不變。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：在一定程度上提高了電路的集成度,并且隔離性能也較光耦隔離有很大的增強(qiáng)。但還是需要雙電源供電。

第三種是采用ADI獨(dú)有的集成DC-DC隔離電源的數(shù)字隔離器ADuM5401, 以用來替代DC-DC隔離電源和三個(gè)光耦，優(yōu)點(diǎn)是更加增強(qiáng)了電路的集成度，使隔離更為徹底。但仍然需要RS485 收發(fā)器來與之共同完成RS485 通訊。

第四種就是采用各大廠商的隔離型RS485 的芯片，比如ADI的ADM2483、TI的ISO3082或NVE的IL3585，但是這些雖然集成了隔離與RS485收發(fā)器，卻仍然需要雙電源供電。而ADI的新品ADM2587E/2582E，則完全集成了DC-DC隔離電源、數(shù)字隔離器、RS485收發(fā)器。真正的實(shí)現(xiàn)了RS485的完全隔離。

以上各種電路的優(yōu)勢各有不同，我們?cè)趯?shí)際的研發(fā)工作中，可以根據(jù)不同的情況而作出不同的選擇。

（二）隔離技術(shù)在RS232 接口中的應(yīng)用

由于RS232標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于多個(gè)系統(tǒng)間的通信，因此總線和每個(gè)連接系統(tǒng)之間的隔離就十分關(guān)鍵。數(shù)字隔離器可以為RS232和連接的系統(tǒng)之間提供過電壓保護(hù)， 同時(shí)可以消除接地環(huán)路減小信號(hào)畸變和錯(cuò)誤。最簡單的情況下RS232 只要用三條線路就可實(shí)現(xiàn)：TX（傳送數(shù)據(jù)）、RX（接收數(shù)據(jù)）、GND（接地）。但大部分的數(shù)字隔離器并不支持RS-232標(biāo)準(zhǔn)。

所以數(shù)字隔離器對(duì)RS-232的隔離應(yīng)在CPU與RS232收發(fā)器之間，一般只需隔離RX（收）、TX（發(fā)）兩根線就可以了。在以往的設(shè)計(jì)中，一般可以采用2 個(gè)高速光耦（6N137）實(shí)現(xiàn)電氣上的隔離，1個(gè)DC-DC電源隔離模塊（+5V 轉(zhuǎn)+5V）實(shí)現(xiàn)電源上的隔離，還需計(jì)算電阻值的大小以搭建出合理的收發(fā)器隔離電路。需要注意的是，RS232 的隔離除了用高速光耦來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離之外，還需電源隔離。否則，隔離將失去意義。但這種隔離方式同樣存在體積大、集成度不高、LED老化等問題。

所以建議使用數(shù)字隔離器來隔離，可以選用ADI 的ADuM1201 或TI 的ISO721, 以及其它各大廠商的數(shù)字隔離器，只要注意一下通道方向的分布，各大廠商的數(shù)字隔離器是兼容的。同樣，以上各種型號(hào)都需要DC-DC隔離電源來實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的隔離。

ADI 的ADuM5241是一款集成了DC-DC隔離電源的雙通道數(shù)字隔離器，則使得電路更加簡化，可直接省去一個(gè)DC-DC隔離電源和2個(gè)6N137，只是注意一下ADuM5241 的驅(qū)動(dòng)能力。

現(xiàn)在ADI又推出了新品：ADM3251E。這款芯片與ADM2582E/ADM2587E差不多，只不過是這個(gè)是用在RS232 隔離方案中，而且只提供一路收發(fā)。具有很強(qiáng)的保護(hù)能力，可適用于各種惡劣環(huán)境的RS232 通信中。

（三）隔離技術(shù)在CAN 總線中的應(yīng)用

CAN（控制區(qū)域網(wǎng)）屬于串行通信總線，適用于強(qiáng)健的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，因此在工業(yè)、交通、控制、測量領(lǐng)域有極廣泛的應(yīng)用。如果單個(gè)CAN--bus節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致總線通信不良，甚至因?yàn)槭瞻l(fā)器電路而破壞整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。尤其CAN 總線的工作場合經(jīng)常十分惡劣，任何一點(diǎn)不利的因素均有可能使CAN 網(wǎng)絡(luò)崩潰，所以CAN--bus 接地、隔離及瞬態(tài)保護(hù)是十分必要的。

CAN--bus的隔離與RS232的隔離方案基本相同，數(shù)字隔離器的應(yīng)用是在CAN控制器與CAN收發(fā)器之間，而且大部分也是隔離RX （ 收）、TX（發(fā)）。所以應(yīng)用于RS232 隔離的型號(hào)都可用于CAN--bus的隔離。但是ADI目前還沒有集成CAN 收發(fā)器的數(shù)字隔離芯片，TI的ISO1050是一款集成了隔離的CAN 收發(fā)器，在具體的應(yīng)用中大家可以參考多種方案，以便選出最佳方案。

（四）隔離技術(shù)在USB 中的應(yīng)用

USB 是目前比較流行的一種總線通訊方式，在這里推薦ADI 的ADUM4160，專業(yè)的USB接口隔離芯片。

（五）瞬態(tài)保護(hù)

在實(shí)際工程使用中，使用了上述數(shù)字隔離方案的系統(tǒng)可靠性有了極大的提高，能消除噪聲并且防止電流在兩通信端之間流動(dòng)，防止瞬態(tài)尖峰在系統(tǒng)內(nèi)部的破壞性傳播。但是盡管數(shù)字隔離器件以內(nèi)的電路系統(tǒng)沒有損壞，可是接口電路在有強(qiáng)烈的浪涌能量出現(xiàn)時(shí)，甚至可以看到收發(fā)器爆裂、線路板焦糊現(xiàn)象，雖然不至于影響整個(gè)系統(tǒng)的安全性，但也造成極大的不便。

出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因：雖然隔離“切斷”了由電路路徑形成的環(huán)路，噪聲電壓只出現(xiàn)在隔離層上而非接收機(jī)或其他敏感組件上，但是接口電路必須要經(jīng)過強(qiáng)烈能量的考驗(yàn)。在接口端的瞬態(tài)干擾可能會(huì)有成百上千伏的電壓但持續(xù)時(shí)間很短，在切換大功率感性負(fù)載（電機(jī)、變壓器、繼電器），閃電等過程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞接口。

對(duì)于總線上的這種瞬態(tài)干擾，可以采取瞬態(tài)抑制方法加以防護(hù)。實(shí)際應(yīng)用中采用兩級(jí)防護(hù)措施；使用3個(gè)90V的陶瓷放電管（3RM090L-8）（可承受10/700μS，10/700μS為通信線路中感應(yīng)出雷擊電壓波形，表示從零值上升到峰值的時(shí)間為10ms,下降至峰值一半的時(shí)間為700μS，8000V 雷擊測試）進(jìn)行共模防護(hù)、差模防護(hù)，此時(shí)過電壓被大大削弱到500V 左右；再經(jīng)過PTC（可采用100-200mA、耐壓250V 以上的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲K250-120U）或20Ω左右的電阻限流。TVS瞬態(tài)抑制二極管的選擇可以根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定，一般略高于芯片最高工作電壓，RS485芯片可以選擇P6KE15CA，RS232芯片可以選擇P6KE18CA。

五、模擬與數(shù)字之間的隔離

一般地說，模擬電路與數(shù)字電路之間的轉(zhuǎn)換通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）或數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）來實(shí)現(xiàn)。但是，若不采取一定的措施，數(shù)字電路中的高頻振蕩信號(hào)就會(huì)對(duì)模擬電路帶來一定的干擾，影響測量的精度。為了抑制數(shù)字電路對(duì)模擬電路帶來的高頻干擾，一般須將模擬地與數(shù)字地分開布線。這種布線方式不能徹底排除來自數(shù)字電路的高頻干擾，要想排除來自數(shù)字電路的高頻干擾，必須把數(shù)字電路與模擬電路隔離開來，常用的隔離方法是在A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間加入光電耦合器，把數(shù)字電路與模擬電路隔離開。在許多的工業(yè)現(xiàn)場，我們需要通過傳感器來采集多種信號(hào)，并把產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)都傳送到一個(gè)中央控制器，進(jìn)行處理和分析。為了保證用戶接口端電壓的安全性，同時(shí)防止瞬態(tài)尖峰的傳輸，需要實(shí)現(xiàn)電流隔離。

對(duì)于傳感器的信號(hào)隔離，傳統(tǒng)的模擬隔離方案（如隔離放大器AD202）成本太高，可以采用數(shù)字隔離方案：AMP ADC數(shù)字隔離器MCU，這樣不僅降低了成本，而且也可以更好的實(shí)現(xiàn)隔離效果。

數(shù)字隔離器用來將系統(tǒng)現(xiàn)場的ADC、DAC 和信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)字端的微處理器隔離開來。其中，需要隔離型DC-DC變換器來實(shí)現(xiàn)微處理器的信號(hào)線和電源線與ADC/DAC的信號(hào)和電源的相互隔離。隔離器件可選用ADI的ADuM1411或TI的ISO72XX系列數(shù)字隔離器。但都需要外加DC-DC隔離電源來實(shí)現(xiàn)電源隔離。

在完全的隔離系統(tǒng)中，從系統(tǒng)端向現(xiàn)場端提供隔離的電源是另一個(gè)要面對(duì)的挑戰(zhàn)，而在這方面也涌現(xiàn)了新的解決方案。傳統(tǒng)上，將電源從隔離的一端傳遞到另一端所用的技術(shù)包括使用單獨(dú)的、尺寸較大的、昂貴的DC-DC變換器，或者設(shè)計(jì)及接口均較困難的分立器件。

目前更好的方法是采用完整的、全部集成化的解決方案。一般的ADC或DAC都是以SPI總線的方式，進(jìn)行傳輸通信的。ADI的ADuM5401就是專為這種隔離而設(shè)計(jì)的。同一芯片內(nèi)，集成了500mW功率的DC-DC隔離電源和四通道的數(shù)字隔離器，可提供高達(dá)2500V的隔離強(qiáng)度，不僅避免了采用分立的隔離電源，而且降低了隔離系統(tǒng)的總成本，減小了電路板面積，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

六、研發(fā)中芯片選型的幾個(gè)要點(diǎn)

隨著集成電路技術(shù)的日益更新，IC 正在向低功耗、高集成度兩個(gè)方向不斷發(fā)展。這給我們的研發(fā)工作帶來了很大的方便，但同時(shí)也帶來更大的挑戰(zhàn)。這要求我們必須去關(guān)注各大廠商的最新解決方案通報(bào)，并且可能要花更多的時(shí)間來去閱讀資料。否則就有可能自己辛辛苦苦設(shè)計(jì)的N 久還不穩(wěn)定的電路，后來才發(fā)現(xiàn)，原來某廠商已經(jīng)設(shè)計(jì)好了；或者我們?yōu)榱苏乙粋€(gè)能實(shí)現(xiàn)功能的芯片，而不得不花大量的時(shí)間與精力。

所以我們最后再給大家講講研發(fā)中芯片選型的幾個(gè)要點(diǎn)，我們研發(fā)人員在設(shè)計(jì)電路選型的時(shí)候，不能僅從性能的角度出發(fā)?？偲饋碚f基本要求我們從三個(gè)方面來考慮：

第一，我們首先考慮的是性能，因?yàn)檠邪l(fā)人員最根本的任務(wù)，就是設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的電路。而這就要求我們必須選擇，性能滿足要求的芯片。我們可以從以下幾個(gè)方面來考察芯片性能：1.看同行產(chǎn)品：如果同行有成功就用案例的話，那當(dāng)然是沒問題的，因?yàn)檎l也不會(huì)笨到用自己的產(chǎn)品來為推廣商們服務(wù)。如果有同行（最好是比較大的）的產(chǎn)品里面有用到這個(gè)的話，那十有八九是沒問題的，但這一點(diǎn)并不容易做到，因?yàn)槟悴豢赡茌p易的看到同行的核心技術(shù)，而推廣商們說的話，你也不會(huì)完全相信。2.工程師推薦：在過去溝通極為不方便的時(shí)代，我們遇到技術(shù)問題只能靠書本。而現(xiàn)在隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，溝通也變的極為方便起來，各大論壇里的大蝦們有的是成功經(jīng)驗(yàn)，而且也很樂意為你提供幫助。所以這種情況下我們要看看同行有沒有實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，比如測試結(jié)果、論壇求助（別忘了對(duì)別人說聲謝謝）等。3.買個(gè)樣片來試試：這也是最直接的一種方式，好與不好只有自己用過才知道，買個(gè)樣片，做個(gè)板，拷拷機(jī)，就什么都知道了。

第二：性價(jià)比，也就是價(jià)格與性能的搭配。我們研發(fā)個(gè)東西不容易，現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)也危機(jī)了，要是成本太高的話，領(lǐng)導(dǎo)會(huì)說我們不考慮大局，不會(huì)辦事。到時(shí)候輕則由紅人變成黑人，重則沾經(jīng)濟(jì)危機(jī)的光，會(huì)讓我們自謀出路！所以性價(jià)比是一定要考慮的，在這里貨比三家也是很有必要的，因?yàn)槲覀冞@一行還是以同行倒貨為主，不同人家報(bào)價(jià)會(huì)有天壤之別。所以碰到好的片子，不要因?yàn)橐患腋嬖V你一個(gè)天價(jià)就取消了。這方面的建議是：去網(wǎng)上搜一下，因?yàn)橹饕鍪裁雌拥拇砩虃儠?huì)有一定的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的。

第三：那就是貨源問題了，如果一個(gè)片子不好買的話，你就一定要考慮到以后批量了，怎么辦？而且大的代理商們是不會(huì)理會(huì)小批量的采購的。比如現(xiàn)在的ADUM1401的片子基本都有貨期，而新出的ADUM1411就在市場上流通的很多。當(dāng)然這一點(diǎn)只有我們專業(yè)做這個(gè)的才知道，所以多與技術(shù)推廣人員交流也不失為一種好辦法。

對(duì)于相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的資料，可以訂閱供應(yīng)商的定期郵件，當(dāng)然也可以讓供應(yīng)商幫忙找找有沒有合適的芯片。還有一點(diǎn)要跟大家講講，就是我們更大一部分人，所效力的公司可能不大，那么對(duì)芯片的需求量也不是很大。這種時(shí)候代理商們是不會(huì)理我們的，貿(mào)易商們又沒有技術(shù)支持能力。所以選擇一些有技術(shù)實(shí)力的專業(yè)分銷商還是有必要的。






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