2.2 隔离调制器简介

[音乐播放] 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