电磁干扰的克星:隔离调制器

我们来定义一下什么是隔离调制器(Isolated Modulators)。

 

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。

 

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。

 

隔离调制器的作用

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。

 

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。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计