隔离技术在嵌入式系统接口中的应用

　　1 隔离技术的简介及应用场合

　　在许多应用中，数据链路之间需要(甚至是必要的)非直接的(导电)电连接，从而在提供数据的同时避免来自系统某一部分的危险电压(或电流)对其另一部分造成破坏。造成这种破坏性失效的可能是电源质量低劣、接地故障、雷击和浪涌等各种故障。此外，通信节点的间距可能相当大，常常由不同接地区域的AC插座来给这些节点供电，这些接地区域之间的电位差(可能含有DC偏压、50 Hz的AC谐波和各种瞬态噪声分量)也会造成破坏。

　　在工程实际使用中，经常发生通过电缆逻辑接地或屏蔽将这些地线连接在一起的情况，可能形成接地环路，且电流将流入该电缆。接地环路电流会对通信产生严重影响(包括数据恶化、EMI过大、元件损坏)，当电位差足够大时，人体就有遭受电击的可能。为了避免上述破坏，可引入非直接的(导电)电连接(称作“隔离”)。进行隔离是为了消除噪声并且防止电流在两通信端之间流动。隔离电路具有相对于其他电路元件极高的阻抗，从而“切断”了由电路路径形成的环路;断开环路后，噪声电压将出现在隔离层上而非接收机或其他敏感组件上。隔离原理如图1所示。

　　一般在两种情况下会采用隔离技术：①有可能存在损坏设备或危害人员的潜在电流浪涌，如医疗上的应用、电机控制、交通户外设备等方面;②存在不同电位的接地回路的互连。这两种情况都是采用隔离来避免电流通过，而允许两点之间有数据或功率传送。隔离普遍应用于包含高压、高速或高精度的通信、长距离通信的场合，常见的有工业输入/输出系统、接口方面、总线、电源、电机控制、仪器仪表等。

　　2 隔离技术的分类

　　当前有3种通常的隔离技术：光电隔离、变压器隔离(电感隔离)、电容隔离。此外，还有ADI公司的一项专利隔离技术，即磁耦(iCoupler)隔离技术。其中，光电隔离、电容隔离、磁耦隔离都属于数字隔离，而电感隔离通常仅用于电源或模拟隔离器，而非数字隔离器件。

　　光耦合技术是在透明绝缘隔离层(例如空气间隙)上的光传输，完成了电一光电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用。光耦合技术的主要优点是，光对外部电子或磁场内在的抗干扰性强，而且光耦合技术允许使用恒定信息传输。光耦合器的不足之处主要体现在速度限制、功耗以及LED老化上。

　　变压器隔离使用变压器线圈来使传输信息通过隔离层，隔离前端的电流变化通过线圈引起隔离另一侧的电流变化。Ac信号(例如以太网)的隔离非常适合于变压器耦合。变压器隔离的优点是速度高，而且可以给隔离端供电;缺点是易受外部磁场(噪声)的干扰且变压器的体积比较大。