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模擬信號的隔離是非常頭疼的，有時(shí)候不得不需要隔離。大部分基于以下需要： 1.隔離干擾源; 2.分隔高電壓。 隔離數字信號的辦法很多，隔離模擬信號的辦法卻沒(méi)有想象的那么多，關(guān)鍵是隔離的成本，比想象的都要高出許多。特別是要求精確測量的場(chǎng)合，模擬信號的隔離，成本高得更加是離譜的無(wú)法想象。我從事這種系統開(kāi)發(fā)多年，對自己所知道的隔離方法做個(gè)小小的總結： 數字隔離方法： 1. 光耦; 2. ADI 的磁隔離芯片,ADuMXXXX(XXXX為數字代號，如 I2C的ADuM1250); 3.自己用變壓器隔離。 數字隔離辦法，一般實(shí)現的都是單向數字信號的隔離，對于雙向數字信號，需要兩個(gè)隔離單元來(lái)實(shí)現，體積非常的驚人;很難減小體積。相對于速度很成本，如果速度小于100KHz一下，個(gè)人推薦用Ps2501這樣的常用光耦隔離數字信號，很好的性?xún)r(jià)比，隔離度也非常的高。一般Ps2501這樣的光耦隔離度都在3000V/RMS以上。 但是如果隔離數字信號的頻率在200KHz以上，用Ps2501這樣的光耦就不行了，要換高速的數字光耦，價(jià)格成本也上去了，不劃算了。所以可采用ADI的磁隔離芯片。最便宜的磁隔離芯片每通道的價(jià)格在$0.7，算下來(lái)人民幣也才4~5塊人民幣，選在6N137、6N136這樣的高速光耦，已經(jīng)沒(méi)有性?xún)r(jià)比可言，浪費大量的PCB空間用于隔離部分。成本在4塊左右，甚至更高，主要看你的6N137的采購量。但ADuM系列的磁隔離芯片的尺寸小很多很多，價(jià)格相比也很有優(yōu)勢。唯一美中不足的是磁隔離芯片的隔離電壓只能到1000V左右，這個(gè)是個(gè)很頭疼的問(wèn)題。如果只是隔離干擾源，自然沒(méi)問(wèn)題，如果是隔離高電壓，那么要仔細考量一下設計了。 自己用隔離變壓器來(lái)隔離的辦法，一般人是用不到的，因為完全沒(méi)有經(jīng)濟效益。它只有一點(diǎn)好處，就是隔離電壓可做得非常高，一般只有變頻器、逆變器等IGBT的驅動(dòng)，需要隔離非常大的電壓，超過(guò)5000V;才使用。因為一般的芯片和光耦都實(shí)現不了了。 模擬信號的隔離： 1.線(xiàn)性光耦; 2. 隔離放大器 ; 3.頻壓轉換和壓頻轉換+數字隔離; 4.飛電容; 5.采用DA/AD+數字隔離的辦法實(shí)現模擬信號的采樣復原，進(jìn)而實(shí)現隔離的辦法; 6.普通光耦實(shí)現的線(xiàn)性隔離。 線(xiàn)性光耦，做過(guò)隔離的朋友都知道。如以前的TIL300，不過(guò)好像已經(jīng)不生產(chǎn)了�？梢赃x擇Vishy的IL300作為替代。作為一般模擬信號的線(xiàn)性隔離，是個(gè)不錯的選擇。一般來(lái)講，線(xiàn)性光耦需要兩個(gè)運放和一些高精度電阻組成合適的電路才能完成信號的隔離。也只是單向隔離。 IL300的價(jià)格在十幾塊錢(qián)人民幣左右，如果想得到比較好的溫度特性，需要兩個(gè)比較好的運放，所以整個(gè)隔離下來(lái)的成本在每路：30RMB/Ch， 隔離的頻率在200kHz左右。線(xiàn)性度其實(shí)并不理想，0.1%的精度都比較難保證;但手冊上寫(xiě)著(zhù)可以到0.01%的伺服精度。實(shí)際上，因為溫度的影響，線(xiàn)性度在+/-0.5%，所以有更高隔離線(xiàn)性度的童鞋們就不能選擇這種辦法了。但對于大多數場(chǎng)合都是可以的; 隔離放大器，這個(gè)是個(gè)終極的寶貝啊，有很多廠(chǎng)家都有， 中國小廠(chǎng)一堆生產(chǎn)這種東西的。線(xiàn)性度都能達到0.1%，比較上檔次的是TI 和ADI 的隔離放大器，這些東西的成本很高。TI 有一款號稱(chēng)是全球價(jià)格最低的隔離放大器，ISO124 。隔離放大器的話(huà)，性能穩定，線(xiàn)性度良好，大多數都能達到或遠遠超過(guò)0.1%，都能達到0.01%;但價(jià)格的話(huà)至少都在40RMB/Ch，ADI的就更加離譜了，大概能到40dollar/Ch，對于做一般工業(yè)產(chǎn)品的制造商來(lái)講，實(shí)在是望而卻步。 第三種方法和第五種方法大同小異，都是把模擬信號變?yōu)閿底中盘柸缓笤俑綦x數字信號。數字信號再復原成模擬信號，所以，這也意味著(zhù)這種電路復雜得很。但從隔離效果上講，應該是一種比較合理的隔離方式。至少在成本和精度上，和隔離放大器最有一拼的。壓頻轉換和頻壓轉換都非常的貴，所以，這種器件不適合做低帶寬信號的轉換;壓頻和頻壓轉換不需要單片機的參與，電路上更為簡(jiǎn)潔，可靠性也更高。如果使用AD/DA轉換復原，需要單片機或者FPGA等控制電路的參與，從開(kāi)發(fā)角度來(lái)說(shuō)，需要比較多的精力。相對于頻壓轉換的方法，比較羅嗦，復原的信號帶寬和AD/DA的帶寬有關(guān)。但選擇合適的芯片和單片機，如cortex-M0的32位單片機，40MHz左右，幾塊錢(qián)人民幣。配合合適的AD/DA，成本也能控制在30RMB/ch,但效果比IL300要好很多，主要是隔離的線(xiàn)性度可以有個(gè)非常好的保證。 飛電容，飛電容筆者沒(méi)試過(guò)，但是飛電容也是個(gè)思路特殊的隔離方案。相對于其他的隔離方案，首先是不需要隔離電源;其次是電路簡(jiǎn)單。飛電容就是將模擬信號作為源，對一個(gè)合適的電容進(jìn)行充電，充完電后，將飛電容切換到測量電路一邊，與向飛電容充電的電路完全斷開(kāi)。電容對測量電路放電。測量電路測量出電容的電壓。即實(shí)現了電壓信號的隔離。這個(gè)電路的核心在于，切換電容，并控制切換時(shí)間。最好使用繼電器，但普通的繼電器壽命有限，這種玩法肯定就報廢了。要使用濕簧繼電器;濕簧繼電器應該不是便宜的東西，這種方法我也沒(méi)試過(guò)，但是理論上是完全可行的。只不過(guò)信號帶寬是小得可憐�？赡苤挥�10Hz吧。 普通的光耦只是使用了特殊的思路，用另外一個(gè)光耦做第一個(gè)光耦的反饋和補償，如下圖。 這種方法呢，個(gè)人覺(jué)得隔離一般的信號還可以，因為沒(méi)有Datasheet等保證，實(shí)際上大批量應用是很難保證一致性和穩定性的。只是應用于線(xiàn)性度要求非常不高的場(chǎng)合。成本在所有模擬信號隔離方案里應該是最低的，可以做到5塊錢(qián)/ch以下。 |
