简介

用于电压和电流检测的隔离式放大器和调制器，是具备电气隔离功能电路中的关键组件。隔离式放大器和调制器能够在电气上隔离电路的两个部分，但同时允许模拟信息的传输。

放大器和调制器器件都采用 Σ-Δ 调制器将模拟输入信号数字化。然后，生成的数字信息会通过电容隔离栅传输到器件的另一侧。在接收端，放大器会将数字信号重新还原为模拟电压。在典型系统中，这个模拟电压随后会通过连续逼近型寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 转换回数字信号，而 SAR ADC 往往集成在微控制器 (MCU) 内。

放大器可提供差动输出、单端固定增益输出以及单端比例式输出等多种形式：

• 差动输出 (AMC0330D) 是一种首选方案，适用于隔离式放大器与 ADC 之间物理距离较长或需要经过连接器的系统。传递给控制器的信息是两个互补输出之间的电压差，而不是相对于公共接地的绝对值。因此，这种输出能够有效抑制可能进入 ADC 与隔离式放大器之间电路的共模噪声。缺点是，许多 ADC 无法直接与差动信号配合工作。在这种情况下，会在靠近 ADC 的位置进行差动到单端的转换。差分放大器会将信号转换给 ADC，但同时会引入额外的测量误差，并增加系统的复杂性。
• 固定增益单端输出 (AMC0330S) 可以直接与 ADC 接口连接，而不需要差分放大器。这种方式更容易实现，但无法抑制共模噪声。因此，这种类型的输出是首选设计，适用于 ADC 与隔离式放大器之间距离相对较短 (<10cm) 的情况，或能够接受由共模噪声带来的性能下降的情况。
• 比例式单端输出 (AMC0330R) 是单端输出的一种版本，其增益会根据施加到 REFIN 引脚上的电压自动调整。关于带有比例式输出的单端放大器在系统层面的优势的详细讨论，请参考 比例式输出隔离式放大器的系统优势 应用笔记。

调制器器件会将数字信息直接传递给 MCU，然后由 MCU 内的数字低通滤波器进行处理。

本应用简报从噪声角度展示了不同电压检测器件在系统中的表现。

测量结果来自于使用 TMS320F28P650 MCU 与集成式 16 位单端 SAR ADC 的测试配置。采样频率为 312.5kHz。差动输出放大器 AMC0330D 连接到基于 OPA365 的差分放大器以匹配 ADC 输入电压范围。ADC 使用外部 3V 电压基准 REF5030。调制器配置使用 32 的过采样率 (OSR) 和 10MHz 时钟。在这种情况下，新数据的可用速率与 ADC 的数据速率相同。

系统的噪声水平非常低。遗憾的是，任意波形发生器 (AWG) 或源测量单元 (SMU) 的噪声水平更高，从而影响测试。因此，测量仅在输入电压 V_IN=0V 的条件下进行，并通过在输入端并接 50Ω 终端来保证。每次测试运行使用 8192 个样本来生成柱状图。

性能最佳的器件是调制器。这是因为它只进行一次模数转换。由于噪声水平低，调制器是高分辨率测量的首选器件，例如高性能伺服驱动器中的同相电流检测。

采用隔离式放大器的系统通常会执行两次模数转换，每次都会降低信号保真度。第一次转换发生在隔离式放大器中。第二次转换发生在 MCU 中。差动输出器件与单端比例式输出器件的性能大致相同。如上所述，当隔离式放大器与 ADC 之间的物理距离较远时，更推荐使用差动输出器件。

在系统层面，单端比例式输出器件的性能略优于单端固定增益输出器件。这与其在系统层面抑制低频噪声的能力有关，如 比例式输出隔离式放大器的系统优势 应用手册中所示。请参见 图 11 进行比较研究。