在電機(jī)和電子設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行隔離。模擬信號(hào)可以承載代表電壓、電流、溫度、壓力、位置和流量等物理世界的信息，這些模擬信號(hào)通常必須在具有較大電平差，或者模塊接地面間具有感應(yīng)電氣噪聲的場(chǎng)合，由一個(gè)電路模塊傳送到另一個(gè)。這些常見的電路問題可能會(huì)影響數(shù)據(jù)的精確性、破壞測(cè)量系統(tǒng)，甚至于威脅到使用者的安全。

　　隔離放大器提供了一個(gè)可以解決這些問題的簡(jiǎn)單且高性價(jià)比的方案。這個(gè)方案通過采用Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器和光電耦合技術(shù)，在電氣隔離屏障后精確地重建輸入信號(hào)。采用微型化可自動(dòng)插入封裝供貨，使用這些隔離放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)就如同將信號(hào)連接到輸入并取得隔離后輸出一樣簡(jiǎn)單（參見圖1）。

　　圖1：隔離放大器在模擬信號(hào)隔離電路中的使用。

　　部分使用隔離放大器的應(yīng)用包括模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、熱電偶和轉(zhuǎn)換器等感應(yīng)電路、病患監(jiān)測(cè)設(shè)備、電機(jī)速度和位置測(cè)量電路、音頻和視頻放大器，以及電源供應(yīng)器中的電壓反饋等。圖2顯示了隔離放大器應(yīng)用在電機(jī)控制系統(tǒng)中作為電流傳感器的典型應(yīng)用，基于這個(gè)電路，我們將討論幾個(gè)“應(yīng)該和不應(yīng)該”的做法，幫助大家利用隔離放大器輕松實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)隔離設(shè)計(jì)。

　　圖2：電機(jī)控制電路中使用的隔離放大器電流傳感器。

　　電源供電

　　應(yīng)該為隔離放大器VDD1和VDD2提供獨(dú)立電源 在圖2的電路中，來自于高壓（或高電位）端的信號(hào)必須和低壓（低電位）端隔離，同樣的VDD1和VDD2電源也一樣需要隔離。在這個(gè)例子中，高電壓端電源VDD1可以由推動(dòng)高電壓端功率晶體管的電源供應(yīng)器取得，而在低電壓端，VDD2則可以連接到通常會(huì)和交流市電隔離的控制器電源。同樣的，GND1和GND2也應(yīng)該各自獨(dú)立。

　　不應(yīng)該忽略VDD1和VDD2的旁路電容 ACPL-C78X使用Sigma-Delta過采樣技術(shù)將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以通過光學(xué)屏障傳送的高速位流，在輸出端，這個(gè)位流再通過模擬濾波器過濾并重建輸入信號(hào)。需要旁路電容的主要原因在于隔離放大器中信號(hào)的高速數(shù)字特性。在印刷電路板上，旁路電容C1和C3必須盡可能地接近各自的隔離放大器引腳。

　　注應(yīng)該意電源接腳上的電壓瞬變 電源連接線上過大的電壓瞬變可能造成電氣過載情況下器件的損壞，電源引腳上的浪涌也可能會(huì)觸發(fā)器件進(jìn)入鎖定（latch-up）狀態(tài)。除了在電源引腳上連接旁路電容外，也可以通過其他方式來減輕電源上的噪聲和紋波，例如在穩(wěn)壓器的輸入上串接一個(gè)電阻或電感，就可以和穩(wěn)壓器的輸入旁路電容形成一個(gè)低通濾波器來減輕紋波。

　　連接輸入端

　　應(yīng)該在輸入端加入RC抗混疊濾波器 在輸入端加入抗混疊濾波器，如圖2中由R2和C2所構(gòu)成的RC低通濾波器，可以避免高頻噪聲混疊到較低頻率，造成輸入信號(hào)的干擾。RC低通濾波器也在可靠性上扮演了非常重要的角色，它可以有效減輕靜電放電和電氣過載時(shí)流經(jīng)隔離放大器輸入電路的瞬變浪涌。

　　應(yīng)該采用差動(dòng)輸入模式以取得較佳共模噪聲抑制能力 在圖2中，ACPL-C78X采用了單端輸入方式連接。由于該隔離放大器擁有全差分式輸入結(jié)構(gòu)，因此建議使用差分輸入連接方式，如圖3中的平衡輸入模式來取得較好的性能。兩根引腳上信號(hào)取樣時(shí)的開關(guān)動(dòng)作所帶來的輸入電流會(huì)在濾波器電阻上取得平衡并且相互抵消，感應(yīng)到其中任何一根引腳上的噪聲會(huì)通過電容C耦合到另一根而形成共模噪聲，隔離放大器對(duì)此共模噪聲加以抑制從而防止其對(duì)輸出信號(hào)造成干擾。RA和RB的典型值為22Ω，C則為10nF。

　　圖3：經(jīng)過簡(jiǎn)化的差分輸入連接。

　　在高噪聲應(yīng)用中使用隔離放大器應(yīng)該注意閂鎖效應(yīng) CMOS器件的閂鎖效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)必須要仔細(xì)考慮，特別是直接連接到易受經(jīng)常出現(xiàn)瞬變?cè)肼曈绊懙男盘?hào)源時(shí)。ACPL-C78X的模擬輸入結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上考慮了經(jīng)常發(fā)生在高噪聲應(yīng)用環(huán)境，例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備和其他電源逆變系統(tǒng)中的瞬變和浪涌，其它可能在輸入上造成電壓瞬變的場(chǎng)合包括短路和過載。ACPL-C78X經(jīng)過-2V到6V的直流電壓測(cè)試，加上高達(dá)-6V的瞬變電壓兩秒鐘，并未發(fā)生閂鎖反應(yīng)或器件受損的情況［1］。

　　應(yīng)該檢查VIN+和VIN-到GND1接地的輸入共模電壓 隔離放大器的差模輸入采用全差分開關(guān)電容電路實(shí)現(xiàn)。與使用具備差分式輸入的隔離放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器類似，設(shè)計(jì)工程師必須了解通常會(huì)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)明的輸入共模電壓。舉例來說，ACPL-C78X的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)就標(biāo)明VIN+和VIN-的工作輸入電壓限制為±2V，超過這個(gè)限制就可能會(huì)損害增益和系統(tǒng)的性能［1］。