模拟信号隔离 - 如何成为出色的模拟工程师(三):数字隔离与模拟隔离

在很多系统中，模拟信号必须隔离。模拟信号所考虑的电路参量完全不同于数字信号。

模拟信号通常先要考虑：精度或线性度、频率响应、噪声等。　　然后是对电源的要求，电源要求高隔离、高精度、低噪声，特别是对输入级。也应该关注隔离放大器的基本精度或线性度不能依靠相应的应用电路来改善，但这些电路可降低噪声和降低输入级电源要求。

对于电源噪声的干扰，可以采用调制载波使模拟信号跨越这个屏障。如ISO4-20的两线无源信号隔离放大器使模拟隔离简化。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分接收被调制的信号，把它变换回模拟信号并去掉调制/解调过程中固有的纹波成分。

对信号隔离的另一问题是隔离放大器输入级所需的功耗，而隔离放大器的输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为基准，输入级通常浮动在另一个电位上。因此，输入级的电源也必须隔离。通常用一个单电源（5V/12V/15V/24V），而不是理想中使用的正、负双电源。

以下我们举例来说明模拟隔离技术

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。

模拟隔离电路图

模拟隔离电路图

CNY44模拟隔离电路图

CNY44模拟隔离电路图

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。