簡介

用于電壓和電流檢測的隔離式放大器和調制器，是具備電氣隔離功能電路中的關鍵組件。隔離式放大器和調制器能夠在電氣上隔離電路的兩個部分，但同時允許模擬信息的傳輸。

放大器和調制器器件都采用 Σ-Δ 調制器將模擬輸入信號數字化。然后，生成的數字信息會通過電容隔離柵傳輸到器件的另一側。在接收端，放大器會將數字信號重新還原為模擬電壓。在典型系統中，這個模擬電壓隨后會通過連續逼近型寄存器 (SAR) 模數轉換器 (ADC) 轉換回數字信號，而 SAR ADC 往往集成在微控制器 (MCU) 內。

放大器可提供差動輸出、單端固定增益輸出以及單端比例式輸出等多種形式：

• 差動輸出 (AMC0330D) 是一種首選方案，適用于隔離式放大器與 ADC 之間物理距離較長或需要經過連接器的系統。傳遞給控制器的信息是兩個互補輸出之間的電壓差，而不是相對于公共接地的絕對值。因此，這種輸出能夠有效抑制可能進入 ADC 與隔離式放大器之間電路的共模噪聲。缺點是，許多 ADC 無法直接與差動信號配合工作。在這種情況下，會在靠近 ADC 的位置進行差動到單端的轉換。差分放大器會將信號轉換給 ADC，但同時會引入額外的測量誤差，并增加系統的復雜性。
• 固定增益單端輸出 (AMC0330S) 可以直接與 ADC 接口連接，而不需要差分放大器。這種方式更容易實現，但無法抑制共模噪聲。因此，這種類型的輸出是首選設計，適用于 ADC 與隔離式放大器之間距離相對較短 (<10cm) 的情況，或能夠接受由共模噪聲帶來的性能下降的情況。
• 比例式單端輸出 (AMC0330R) 是單端輸出的一種版本，其增益會根據施加到 REFIN 引腳上的電壓自動調整。關于帶有比例式輸出的單端放大器在系統層面的優勢的詳細討論，請參考 比例式輸出隔離式放大器的系統優勢 應用筆記。

調制器器件會將數字信息直接傳遞給 MCU，然后由 MCU 內的數字低通濾波器進行處理。

本應用簡報從噪聲角度展示了不同電壓檢測器件在系統中的表現。

測量結果來自于使用 TMS320F28P650 MCU 與集成式 16 位單端 SAR ADC 的測試配置。采樣頻率為 312.5kHz。差動輸出放大器 AMC0330D 連接到基于 OPA365 的差分放大器以匹配 ADC 輸入電壓范圍。ADC 使用外部 3V 電壓基準 REF5030。調制器配置使用 32 的過采樣率 (OSR) 和 10MHz 時鐘。在這種情況下，新數據的可用速率與 ADC 的數據速率相同。

系統的噪聲水平非常低。遺憾的是，任意波形發生器 (AWG) 或源測量單元 (SMU) 的噪聲水平更高，從而影響測試。因此，測量僅在輸入電壓 V_IN=0V 的條件下進行，并通過在輸入端并接 50? 終端來保證。每次測試運行使用 8192 個樣本來生成柱狀圖。

性能最佳的器件是調制器。這是因為它只進行一次模數轉換。由于噪聲水平低，調制器是高分辨率測量的首選器件，例如高性能伺服驅動器中的同相電流檢測。

采用隔離式放大器的系統通常會執行兩次模數轉換，每次都會降低信號保真度。第一次轉換發生在隔離式放大器中。第二次轉換發生在 MCU 中。差動輸出器件與單端比例式輸出器件的性能大致相同。如上所述，當隔離式放大器與 ADC 之間的物理距離較遠時，更推薦使用差動輸出器件。

在系統層面，單端比例式輸出器件的性能略優于單端固定增益輸出器件。這與其在系統層面抑制低頻噪聲的能力有關，如 比例式輸出隔離式放大器的系統優勢 應用手冊中所示。請參見 圖 11 進行比較研究。