[实用新型]一种分路线性隔离电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电子测量设备，尤其涉及一种可在很宽的频率范围内隔离地进行电信号测量线性分路隔离电路。

背景技术

隔离电路可将输入侧的电信号传递到输出侧，但输入侧和输出侧之间在电气上是隔离的，或者说是绝缘的，输入侧和输出侧之间只存在一个较小的电容。

    隔离电路可以提高测量时的共模抑制比，减少干扰，改善信号质量，也可以隔绝危险电压，保护设备和人身安全。在多通道同时测量时，隔离电路还可以防止因通道间共地造成的短路事故。

从被处理的信号看，隔离电路可以分为数字隔离电路和线性或模拟隔离电路。数字隔离电路只处理高、低电平信号，通常是0V和5V信号，属于开关信号，技术上容易实现。线性隔离电路通常称为隔离放大器，其输出信号与输入信号成线性关系，可以传递模拟信号。高带宽（数兆赫兹以上）的线性隔离电路技术上较难实现。

由于数字隔离容易实现，可将模拟输入信号先进行模/数转换，变成数字信号，然后进行数字隔离，再数/模转换，得到模拟输出信号，这样较易实现稳定的高线性度和高带宽的模拟信号隔离。但这种技术方案电路复杂，成本较高。虽然输入信号和输出信号都是模拟信号，这种方法本质上是数字隔离。

从信号传递的介质看，通常的隔离传递信号的方法有通过磁场、电场、光传递信号这三种方法。

用磁场传递信号的典型元件是变压器。对交流信号的隔离，可以直接使用变压器。但变压器不能传递直流信号，对频率很低的信号，激磁电抗变得很小，传递效果也不好。要用变压器传递直流和低频信号，须在输入端将输入信号调制成一个交流信号，用变压器传递此信号，在输出端解调，得到一个与输入信号成线性关系的输出信号。典型电路有Analog Devices 的AD215系列隔离放大器，隔离电压最高可到2500Vrms，非线性度可达0.005％，信号频带宽度最高可到DC-120kHz。加入调制与解调环节后，频带不易做高。

    用电场传递信号的典型元件是电容。电容也只能传递交流信号，无法传递直流信号，对频率较低的交流信号，容抗变得很大，也不利于传递。要用电容器传递直流和低频信号，须在输入端将输入信号调制成一个交流信号，用电容器传递此信号，在输出端解调，得到一个与输入信号成线性关系的输出信号。为了有好的隔离效果，电容值应该很低，通常在数皮法以下。典型电路有Texas Instruments公司的ISO124系列，隔离电压最高可到1500Vrms，非线性度可达0.01％，信号频带宽度最高可到DC-50kHz。加入调制与解调环节后，频带也不易做高。

    用光传递电信号的典型元件是光电耦合器（光耦）。与上述两种方法不同，用光耦可以直接传递直流和低频信号，不需要调制成交流信号。早期的光耦主要是为隔离数字信号设计的，为了隔离模拟信号，需要加上运算放大器等外围电路，使光耦中的LED和光电管工作在线性状态。此种隔离电路在结构上分为非反馈型和反馈型两种。非反馈型通常由两只运算放大器加一只光耦组成，线性度较差。反馈型通常由两只运算放大器加双光耦组成，其中一只光耦用作反馈补偿，线性度有所提高。后来出现了线性隔离专用的线性光耦，其结构是将一只LED和两只光电二极管集成在一个封装内，其中一只光电二极管用于反馈补偿，另一只光电二极管用于传递信号至输出侧。典型的线性光耦有CLARE公司的LOC110系列，VISHAY的IL300系列，此二种光耦的非线性度可达0.01％，带宽可达DC-200kHz。Agilent公司的HCNR200/201线性光耦拓展了带宽，可达DC-1MHz。

    也有文献介绍DC-4MHz带宽的线性隔离电路。

由上述介绍可见，现成的线性隔离电路最多能工作在DC至数MHz的频带。对于更高带宽（如DC至数十兆或数百兆赫兹）的信号，上述电路无法实现线性隔离传递。

注意到上述电路可较好地实现从直流到数百千赫兹的信号的线性隔离，而用变压器或电容可直接实现从低频（数千赫兹）到高频（数十兆或数百兆赫兹）的交流信号的线性隔离，若能将两者组合，就可以实现从直流到数百兆赫兹带宽的线性隔离。这就是所谓的分路（或双路）线性隔离电路。它由直流至低频通道（简称低路）和低频至高频通道（简称高路）组成。

   这种方法存在两个难点。