需要电隔离时如何使用adc

查看任何混合信号系统，您可能会在PCB上或主处理器中找到ADC/DAC。adc / dac及其接地建议有时会被误解，但这些组件的接地策略对于确保准确的信号再现或合成非常重要。但这些系统的另一个方面有时会被误解:电隔离。

在混合信号系统中，通常建议不要在ADC中使用两个单独的接地区域，除非在安全的情况下或以下情况下信噪比的值在感应信号都极低。在adc中，电隔离是处理这两种用例的适当策略，但如何在PCB布局中实现这一策略?本文将介绍在PCB布局中使用adc实现电隔离的布局策略。

隔离adc的两种方法

当用ADC将电隔离应用于混合信号系统时，目的是测量电路中电隔离区域的信号PCB布局．换句话说，你会有两个物理上不相连的地网;被测信号将在一个接地区域，ADC将在另一个区域。这里的挑战是如何通过隔离间隙传输信号。

任何通常用于跨间隙耦合信号的方法都可以用于连接到ADC。或者，在被称为隔离ADC的特定类型的组件中，ADC可以跨接间隙的每一侧，如下面的部分所示。

光耦合器和变压器

光耦合器和变压器是两种最常用的元件，用于跨电隔离势垒耦合信号。这两个组件提供不同级别的电隔离;通常变压器将用于较高的电压，因为它可以在将信号馈送到二次侧的ADC之前显著降低电压。对于较低的信号电平，光耦合器可能更合适，可能在输出端有一些放大。

这两个组件用于跨隔离间隙耦合的用法如下所示。在这种安排中，模拟信号被馈送到ADC中，模拟信号或数字信号通过隔离间隙耦合。

两种方法使用光耦合器耦合器信号通过一个电隔离的间隙在PCB的两个区域。

在我看来，左边的安排是执行这种耦合的最佳方式。原因是模拟信号不会经历相移，这不是变压器的情况。另一个原因是变压器不导直流电，所以它只在开关转换期间传输数字脉冲，它将数字信号转换为脉冲流。变压器只能使用左边的排列方式。

这些方法的另一个优点是，它们可以用来降低二次侧的信号电平。要么使用降压变压器，要么光耦上的二次电压低于输入侧的信号电平。这就是如何在高功率运行的系统中实现用于测量的ADC，例如在电力系统中精确测量交流电压。

孤立的adc

如果您正在需要电隔离的系统中工作，例如当系统的模拟部分在高电压下运行时，您仍然需要确保电隔离。与其使用光耦或变压器实现隔离，不如使用隔离的adc来收集信号并将其转换为数字表示。这些组件的功能类似于隔离开关稳压器集成电路:它们的输入和输出是相互隔离的，并且有内部耦合机制，允许输入和输出端有不同的接地网。

一个隔离的ADC框图示例如下所示。在这个框图中，数字端SPI总线必须与模拟端模拟输入通道完全隔离。换句话说，AGND和DGND连接到不同的地面区域(理想情况下，两个区域都是大型铜槽)。AGND和DGND之间不能有任何信号通过。

隔离ADC框图。

在选择隔离ADC时，安全性方面需要考虑的主要因素之一是隔离间隙上的电容和间隙上的击穿电压。前者将限制输入和输出之间可以隔离的最大频率，后者将决定组件可以提供的高压安全级别。

dac怎么样?

到目前为止，我们讨论了adc，但同样的策略也可以用于dac。主要半导体制造商还提供了适用于数据采集和合成应用以及电力电子系统的隔离dac。这些组件是安全和噪声控制的重要元素，遵循与电隔离相同的接地要求混合信号系统．

需要注意的是，在实际情况下，dac的低噪声用例将不存在，需要隔离的唯一原因将是为了某种安全因素。由DAC产生的模拟信号将被锚定在系统振荡器的参考电压水平上，除非它被故意降至非常低的水平。这就是为什么可用的隔离DAC组件非常少，而隔离问题在adc中更常见的原因之一。

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