模拟与数字隔离技术的区别与实现方法

工业电路设计的工程师都要用隔离技术来解决安全问题、法规监管，以及接地层问题。如果您的电路中做了隔离，就可以在两个点之间交换信息和功率，而不会有实际的电流流动。隔离有两大好处。首先，它能防止人员和设备遭受到有潜在危险的浪涌电流和电压。其次，它可以防止意外的接地回路，从数据链路和其它互连对信号造成干扰。

模拟输入/输出、仪表、运动控制，以及其它传感器接口通常都采用单通道的隔离信号链。这些隔离通道用于将工厂车间恶劣环境下的传感器电路与处于无噪声控制室环境下的信号处理级分隔开来。

根据隔离要求，可以采用模拟隔离放大器、隔离电源、数字耦合器，或光耦合器。这些隔离电路的屏障传导采用了电容、磁或光电技术。

图1中的单通道隔离温度测量电路采用了一种电容耦合的模拟隔离放大器。在电路中，一只RTD（电阻温度探测器）将温度转换为一个电阻值。一个100-μA电流源将RTD电阻值转换为电压。INA114仪表放大器对RTD/100-μA电压做放大，并消除RTD接线电阻RL。仪表放大器的增益与隔离放大器的输入电压范围相匹配。
 

精密隔离放大器采用占空比调制法，将仪表放大器的输出信号通过一个电容隔离屏障做传送。隔离放大器能够达到最大1500V的隔离作用。这个隔离器件的输入信号带宽大约为50 kHz，最小电源需求为±4V。封装采用28脚的PDIP或SOIC。

另一种设计方法是使用ADC。ADS1247 ADC有两个内部电流源，一个PGA（可编增益放大器），以及一个delta-sigma调制器。电流源将RTD电阻转换为电压，并消除三个接线电阻的效应。PGA提升RTD输入信号，而转换器则提供一个数字输出信号。

ISO7241和ISO7221数字隔离器通过隔离屏障，传送模数结构以及转换结果。图2中的隔离器采用了内部电容隔离技术，跨越隔离器传送数字信号，采用8脚和16脚封装。

很难说哪种隔离策略会适合您的应用。这些模拟或数字隔离策略均可以应用于电路中任何需要隔离的信号，这类电路会使用多种传感器来测量温度、压力以及电流等。

隔离放大器可能是一种适用的方法，因为这样可以留在模拟域内。不过，它们有较高的电源需求。另外也可能青睐于数字隔离器，因为信号最终还会转换到数字域。