图9 16-位模数转换器的价格下降曲线
与隔离放大器相比,数字隔离组件具有更低的成本并提供更高的数据传输速率。数字隔离技术也提供给模拟设计人员在选择组件并开发面向测量设备的最优模拟前端时能够有更高的灵活性。具有数字隔离功能的产品利用限流电路和限压电路提供ADC保护。数字隔离组件遵循与光耦合、电容耦合和感应耦合相同的基本原理,这也是模拟隔离技术的构成基础。
在数字隔离组件领域领先的供应商,如安华高科技、德州仪器和Analog等公司,已围绕这些基本原理其中开发了各自的隔离技术。安华高科技提供了基于光耦合的数字隔离功能。德州仪器的隔离装置则基于电容耦合,而模拟设备公司的隔离装置采用感应耦合。
光耦合器
光耦合器,即基于光耦合原理的数字隔离装置,是最古老也是最常用的数字隔离方法之一。它们可耐高压并提供对电气噪声和磁噪声的高抗干扰能力。光耦合器常用于工业数字I/O产品中,如NI PXI-6514隔离式数字I/O模块(如图10所示)和NI PCI-7390工业运动控制器。
Industrial Digital I/O工业数字I/O、Optpcouplers光耦合器、 Digital Input数字输入、Digital Output数字输出。
图10 工业数字I/O产品使用光耦合器
然而,对于高速模拟测量,光耦合器易受到速率、功耗和LED损耗等与光耦合相关的限制的影响。而基于电容耦合和感应耦合的数字隔离装置可以缓解许多光耦合器的限制。
电容隔离技术
德州仪器提供了基于电容耦合的数字隔离组件。这些隔离装置提供了高数据传输速率和瞬态信号的高抗干扰能力。与电容隔离方法和光学隔离方法相比,感应隔离消耗的功率更低。
感应隔离技术
由Analog公司在2001年引入的iCoupler技术(analog.com/iCoupler),利用感应耦合为高速率、高通道数应用提供了数字隔离功能。iCoupler设备可以为一个采样率达到兆赫兹范围的16-位模拟测量系统在耐2500 V隔离下提供100 Mb/s的数据传输速率。与光耦合器不同,iCoupler设备提供了其他的技术优势,如功耗降低、高达125℃的高工作温度范围和高达25 kV/ms的瞬态信号高抗干扰能力。