隔离调制器简介

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您好，欢迎观看德州 仪器 (TI) 精密实验室

系列中的隔离技术部分。

精密实验室是一个 面向模拟工程师的

综合性在线课程。

您可以前往 TI.com/PrecisionLabs， 观看更多视频。

在本视频中，我们将讨论 什么是隔离调制器

以及何时使用这类器件。

本节课的安排是， 首先，介绍

什么是隔离调制器。

接下来，我们将讨论 为什么使用隔离调制器。

然后，我们将讨论 隔离调制器的

常见应用。

最后，我们会学习 一些关键电气和隔离

规格。

首先，我们来定义一下 什么是隔离调制器。

隔离调制器是一种 将模拟输入信号

转换为由 0 和 1 组成的高速数字

比特流，同时 使用隔离层

将输入和输出 电路隔离开来的

Δ- Σ 调制器。

该隔离层对电磁 干扰有很强的

抵抗力，电磁干扰 通常称为 EMI。

干扰由外部源

产生且会对电路

产生负面影响。

虽然可用于 实现隔离的方法

有多种，但是 隔离调制器的

目的是防止 高共模电压

线路上的噪声

电流进入本地 系统接地，

并干扰或损坏 低电压电路。

换言之，隔离 调制器保护

一个接地免受 另一个接地的影响，

隔离同一电路的某些 部件，或将不同

电路彼此隔离。

那么，隔离调制器 与非隔离调制器

有什么不同呢？

让我们来较为详细地 了解一下隔离调制器的

功能方框图。

如前所述， 隔离调制器

在输入上获取 模拟信号

并在输出上 产生数字比特流。

隔离调制器的 输入是全差动的，

并且驱动连续 对模拟输入信号

进行过采样的 Δ- Σ 调制器。

Δ- Σ 调制器使用 电压基准和时钟

将模拟输入 信号转换为

连续的 1 位输出流， 然后继续传输，

使其穿过隔离层。

调制器的隔离 数据输出

会以与时钟源 相同的频率产生

由 1 和 0 组成的 数字流。

当这些 1 和 0 随时间 推移而平均化时，

串行比特流 将与模拟输入

电压成正比。

我们再来快速 了解一下隔离层。

TI 的电容型 隔离技术

可提供两种 不同的隔离层，

基本型和增强型。

基本隔离通过 单个电容隔离层

实现，而增强型隔离 则是通过两个串连的电容

隔离层实现。

有关这两个隔离 类型的更多信息，

请访问 ti.com/isolation， 并点击隔离 ADC

链接。

隔离调制器 被广泛用于

许多工业和 汽车应用中。

但是，为什么需要使用呢？

最常见的原因是， 为了防止受接地环路的影响。

电气装置可以在两个 远程节点，接地 1 和

接地 2 之间产生 较大的接地电位差。

这两个节点之间的 直接连接会最终形成

一个接地环路。

电机可以向地面注入 较大的噪声电流，

从而产生 在信号路径中

出现的接地环路电流。

隔离调制器可消除 来自接地环路的

信号路径噪声，保护 系统免受接地环路

电位差的影响。

第二个使用隔离 调制器的原因是

提供高电压防护。

当工业设备在数百伏的 电压下运行时，

隔离调制器可 安全地承受能够

损坏设备或伤害 人类的高电压浪涌。

这里是隔离调制器的 两个常见应用，

电流传感和 电压传感。

对于分流式电流 传感，隔离调制器的

输入电压范围 将根据要测量的

电流值来决定 分流电阻器的值。

低功耗或电池 供电型应用

可通过分流 方式来减小

功耗，这可以 通过减小分流

电阻并配以适当 大小的调制器

输入范围来实现。

TI 可提供具有 正负 50 毫伏和

正负 250 毫伏 输入范围的隔离

调制器。

此外，许多 此类器件

都包括各种 集成特性，

例如内部电压 基准、内部时钟和

曼彻斯特编码或 未编码的比特流输出

选项。

虽然隔离调制器 最常见的应用是

电流传感， 但是它们也可

用于电压传感。

如需了解如何优化 电压传感应用中

隔离调制器的输入，

请查看 TI 设计库。

如需其他隔离 调制器资源，

请访问 ti.com/isolation， 并点击隔离 ADC

链接。

在选择隔离 调制器时，

必须考虑 几个规格。

我们首先来介绍一下 输入失调误差的定义。

理想情况下， 0 伏的差动输入

信号会产生 50% 的时间为高位、

50% 的时间为 低位的 0-1 数字流。

失调误差是 当数字输出为 0 时，

理想和实际 失调点之间的

模拟输入差。

该误差对所有代码 具有相同的偏移量影响。

请注意，失调误差

将会随温度 变化而变化，

且该特性通过失调 误差漂移来进行量化。

其次是增益误差，

这是理想增益与测量 增益之间的百分比差值。

为了描述增益 随温度的变化，

我们使用了增益 误差漂移参数。

现在，我们将讨论一些 常见的隔离规格。

首先，我们将考虑 隔离工作电压，

这是隔离调制器 在整个使用寿命

期间必须连续 处理的最大电压，

以 Vrms 为单位。

接下来是 隔离瞬态过压，

这是隔离调制器 在电压峰值

状态下可承受 60 秒的电压。

最后，我们必须定义 共模瞬态抗扰度，

或者说 CMTI， 它描述了隔离调制器

在确保不出错的前提下 可承受的最大变化率和

接地电位差。

本视频到此结束。

谢谢观看。

请点击下方 链接进行测试，

以检查您对本视频 内容的理解程度。 148

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系列中的隔离技术部分。

精密实验室是一个 面向模拟工程师的

综合性在线课程。

您可以前往 TI.com/PrecisionLabs， 观看更多视频。

在本视频中，我们将讨论 什么是隔离调制器

以及何时使用这类器件。

本节课的安排是， 首先，介绍

什么是隔离调制器。

接下来，我们将讨论 为什么使用隔离调制器。

然后，我们将讨论 隔离调制器的

常见应用。

最后，我们会学习 一些关键电气和隔离

规格。

首先，我们来定义一下 什么是隔离调制器。

隔离调制器是一种 将模拟输入信号

转换为由 0 和 1 组成的高速数字

比特流，同时 使用隔离层

将输入和输出 电路隔离开来的

Δ- Σ 调制器。

该隔离层对电磁 干扰有很强的

抵抗力，电磁干扰 通常称为 EMI。

干扰由外部源

产生且会对电路

产生负面影响。

虽然可用于 实现隔离的方法

有多种，但是 隔离调制器的

目的是防止 高共模电压

线路上的噪声

电流进入本地 系统接地，

并干扰或损坏 低电压电路。

换言之，隔离 调制器保护

一个接地免受 另一个接地的影响，

隔离同一电路的某些 部件，或将不同

电路彼此隔离。

那么，隔离调制器 与非隔离调制器

有什么不同呢？

让我们来较为详细地 了解一下隔离调制器的

功能方框图。

如前所述， 隔离调制器

在输入上获取 模拟信号

并在输出上 产生数字比特流。

隔离调制器的 输入是全差动的，

并且驱动连续 对模拟输入信号

进行过采样的 Δ- Σ 调制器。

Δ- Σ 调制器使用 电压基准和时钟

将模拟输入 信号转换为

连续的 1 位输出流， 然后继续传输，

使其穿过隔离层。

调制器的隔离 数据输出

会以与时钟源 相同的频率产生

由 1 和 0 组成的 数字流。

当这些 1 和 0 随时间 推移而平均化时，

串行比特流 将与模拟输入

电压成正比。

我们再来快速 了解一下隔离层。

TI 的电容型 隔离技术

可提供两种 不同的隔离层，

基本型和增强型。

基本隔离通过 单个电容隔离层

实现，而增强型隔离 则是通过两个串连的电容

隔离层实现。

有关这两个隔离 类型的更多信息，

请访问 ti.com/isolation， 并点击隔离 ADC

链接。

隔离调制器 被广泛用于

许多工业和 汽车应用中。

但是，为什么需要使用呢？

最常见的原因是， 为了防止受接地环路的影响。

电气装置可以在两个 远程节点，接地 1 和

接地 2 之间产生 较大的接地电位差。

这两个节点之间的 直接连接会最终形成

一个接地环路。

电机可以向地面注入 较大的噪声电流，

从而产生 在信号路径中

出现的接地环路电流。

隔离调制器可消除 来自接地环路的

信号路径噪声，保护 系统免受接地环路

电位差的影响。

第二个使用隔离 调制器的原因是

提供高电压防护。

当工业设备在数百伏的 电压下运行时，

隔离调制器可 安全地承受能够

损坏设备或伤害 人类的高电压浪涌。

这里是隔离调制器的 两个常见应用，

电流传感和 电压传感。

对于分流式电流 传感，隔离调制器的

输入电压范围 将根据要测量的

电流值来决定 分流电阻器的值。

低功耗或电池 供电型应用

可通过分流 方式来减小

功耗，这可以 通过减小分流

电阻并配以适当 大小的调制器

输入范围来实现。

TI 可提供具有 正负 50 毫伏和

正负 250 毫伏 输入范围的隔离

调制器。

此外，许多 此类器件

都包括各种 集成特性，

例如内部电压 基准、内部时钟和

曼彻斯特编码或 未编码的比特流输出

选项。

虽然隔离调制器 最常见的应用是

电流传感， 但是它们也可

用于电压传感。

如需了解如何优化 电压传感应用中

隔离调制器的输入，

请查看 TI 设计库。

如需其他隔离 调制器资源，

请访问 ti.com/isolation， 并点击隔离 ADC

链接。

在选择隔离 调制器时，

必须考虑 几个规格。

我们首先来介绍一下 输入失调误差的定义。

理想情况下， 0 伏的差动输入

信号会产生 50% 的时间为高位、

50% 的时间为 低位的 0-1 数字流。

失调误差是 当数字输出为 0 时，

理想和实际 失调点之间的

模拟输入差。

该误差对所有代码 具有相同的偏移量影响。

请注意，失调误差

将会随温度 变化而变化，

且该特性通过失调 误差漂移来进行量化。

其次是增益误差，

这是理想增益与测量 增益之间的百分比差值。

为了描述增益 随温度的变化，

我们使用了增益 误差漂移参数。

现在，我们将讨论一些 常见的隔离规格。

首先，我们将考虑 隔离工作电压，

这是隔离调制器 在整个使用寿命

期间必须连续 处理的最大电压，

以 Vrms 为单位。

接下来是 隔离瞬态过压，

这是隔离调制器 在电压峰值

状态下可承受 60 秒的电压。

最后，我们必须定义 共模瞬态抗扰度，

或者说 CMTI， 它描述了隔离调制器

在确保不出错的前提下 可承受的最大变化率和

接地电位差。

本视频到此结束。

谢谢观看。

请点击下方 链接进行测试，

以检查您对本视频 内容的理解程度。 148