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模擬信號(hào)隔離方法的總結(jié)

0BFC_eet_china ? 來(lái)源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-05-06 09:02 ? 次閱讀

模擬信號(hào)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(shù)字信號(hào)的辦法很多,隔離模擬信號(hào)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(cè)量的場(chǎng)合,模擬信號(hào)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(tǒng)開(kāi)發(fā)多年,對(duì)自己所知道的隔離方法做個(gè)小小的總結(jié):

數(shù)字隔離方法:

1、光耦;

2、ADI 的磁隔離芯片,ADuMXXXX(XXXX為數(shù)字代號(hào),如 I2CADuM1250);

3、自己用變壓器隔離。

數(shù)字隔離辦法,一般實(shí)現(xiàn)的都是單向數(shù)字信號(hào)的隔離,對(duì)于雙向數(shù)字信號(hào),需要兩個(gè)隔離單元來(lái)實(shí)現(xiàn),體積非常的驚人;很難減小體積。相對(duì)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(shù)字信號(hào),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(shù)字信號(hào)的頻率在200KHz以上,用Ps2501這樣的光耦就不行了,要換高速的數(shù)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(fèi)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(gòu)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(shì)。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(xì)考量一下設(shè)計(jì)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?yàn)橥耆珱](méi)有經(jīng)濟(jì)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IGBT的驅(qū)動(dòng),需要隔離非常大的電壓,超過(guò)5000V;才使用。因?yàn)橐话愕男酒凸怦疃紝?shí)現(xiàn)不了了。

模擬信號(hào)的隔離:

1、線(xiàn)性光耦;

2、隔離放大器 ;

3、頻壓轉(zhuǎn)換和壓頻轉(zhuǎn)換+數(shù)字隔離;

4、飛電容;

5、采用DA/AD+數(shù)字隔離的辦法實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采樣復(fù)原,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隔離的辦法;

6、普通光耦實(shí)現(xiàn)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(hào)的線(xiàn)性隔離,是個(gè)不錯(cuò)的選擇。一般來(lái)講,線(xiàn)性光耦需要兩個(gè)運(yùn)放和一些高精度電阻組成合適的電路才能完成信號(hào)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(yùn)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(cè)上寫(xiě)著可以到0.01%的伺服精度。實(shí)際上,因?yàn)闇囟鹊挠绊?,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(duì)于大多數(shù)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(guó)小廠(chǎng)一堆生產(chǎn)這種東西的。線(xiàn)性度都能達(dá)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(hào)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(wěn)定,線(xiàn)性度良好,大多數(shù)都能達(dá)到或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)0.1%,都能達(dá)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(duì)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(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)然后再隔離數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)再?gòu)?fù)原成模擬信號(hào),所以,這也意味著這種電路復(fù)雜得很。但從隔離效果上講,應(yīng)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(zhuǎn)換和頻壓轉(zhuǎn)換都非常的貴,所以,這種器件不適合做低帶寬信號(hào)的轉(zhuǎn)換;壓頻和頻壓轉(zhuǎn)換不需要單片機(jī)的參與,電路上更為簡(jiǎn)潔,可靠性也更高。如果使用AD/DA轉(zhuǎn)換復(fù)原,需要單片機(jī)或者FPGA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(duì)于頻壓轉(zhuǎn)換的方法,比較羅嗦,復(fù)原的信號(hào)帶寬和AD/DA的帶寬有關(guān)。但選擇合適的芯片和單片機(jī),如cortex-M0的32位單片機(jī),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(duì)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(hào)作為源,對(duì)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(cè)量電路一邊,與向飛電容充電的電路完全斷開(kāi)。電容對(duì)測(cè)量電路放電。測(cè)量電路測(cè)量出電容的電壓。即實(shí)現(xiàn)了電壓信號(hào)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(bào)廢了。要使用濕簧繼電器;濕簧繼電器應(yīng)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(hào)帶寬是小得可憐。可能只有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(bǔ)償,如下圖。

這種方法呢,個(gè)人覺(jué)得隔離一般的信號(hào)還可以,因?yàn)闆](méi)有Datasheet等保證,實(shí)際上大批量應(yīng)用是很難保證一致性和穩(wěn)定性的。只是應(yīng)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(hào)隔離方案里應(yīng)該是最低的,可以做到5塊錢(qián)/ch以下。

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原文標(biāo)題:這九種模擬信號(hào)的隔離方法,你都掌握了嗎?

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    關(guān)于模擬信號(hào)隔離,小小的總結(jié)

    高出許多。特別是要求精確測(cè)量的場(chǎng)合,模擬信號(hào)隔離,成本高得更加是離譜的無(wú)法想象。我從事這種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)多年,對(duì)自己所知道的隔離方法做個(gè)小小的總結(jié)
    發(fā)表于 03-27 06:00

    看了之后無(wú)不稱(chēng)贊的模擬信號(hào)隔離方法總結(jié)

    高出許多。特別是要求精確測(cè)量的場(chǎng)合,模擬信號(hào)隔離,成本高得更加是離譜的無(wú)法想象。我從事這種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)多年,對(duì)自己所知道的隔離方法做個(gè)小小的總結(jié)
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