圖9 16-位模數轉換器的價格下降曲線
與隔離放大器相比,數字隔離組件具有更低的成本并提供更高的數據傳輸速率。數字隔離技術也提供給模擬設計人員在選擇組件并開發面向測量設備的最優模擬前端時能夠有更高的靈活性。具有數字隔離功能的產品利用限流電路和限壓電路提供ADC保護。數字隔離組件遵循與光耦合、電容耦合和感應耦合相同的基本原理,這也是模擬隔離技術的構成基礎。
在數字隔離組件領域領先的供應商,如安華高科技、德州儀器和Analog等公司,已圍繞這些基本原理其中開發了各自的隔離技術。安華高科技提供了基于光耦合的數字隔離功能。德州儀器的隔離裝置則基于電容耦合,而模擬設備公司的隔離裝置采用感應耦合。
光耦合器
光耦合器,即基于光耦合原理的數字隔離裝置,是最古老也是最常用的數字隔離方法之一。它們可耐高壓并提供對電氣噪聲和磁噪聲的高抗干擾能力。光耦合器常用于工業數字I/O產品中,如NI PXI-6514隔離式數字I/O模塊(如圖10所示)和NI PCI-7390工業運動控制器。
Industrial Digital I/O工業數字I/O、Optpcouplers光耦合器、 Digital Input數字輸入、Digital Output數字輸出。
圖10 工業數字I/O產品使用光耦合器
然而,對于高速模擬測量,光耦合器易受到速率、功耗和LED損耗等與光耦合相關的限制的影響。而基于電容耦合和感應耦合的數字隔離裝置可以緩解許多光耦合器的限制。
電容隔離技術
德州儀器提供了基于電容耦合的數字隔離組件。這些隔離裝置提供了高數據傳輸速率和瞬態信號的高抗干擾能力。與電容隔離方法和光學隔離方法相比,感應隔離消耗的功率更低。
感應隔離技術
由Analog公司在2001年引入的iCoupler技術(analog.com/iCoupler),利用感應耦合為高速率、高通道數應用提供了數字隔離功能。iCoupler設備可以為一個采樣率達到兆赫茲范圍的16-位模擬測量系統在耐2500 V隔離下提供100 Mb/s的數據傳輸速率。與光耦合器不同,iCoupler設備提供了其他的技術優勢,如功耗降低、高達125℃的高工作溫度范圍和高達25 kV/ms的瞬態信號高抗干擾能力。