1 简介

在需要通过电隔离实现电路两部分电气隔离的系统中，隔离式放大器是不可或缺的核心构建块。需要电隔离的典型系统包括高压 DC/DC 转换器、电机驱动器、混合动力电动汽车 (HEV) 和纯电动汽车 (EV) 牵引逆变器等。隔离放大器最常见的应用是检测电流或电压，并将该信息跨越电隔离屏障传输至控制器。隔离式放大器的功能与 Δ-Σ 调制器相似；但二者的输出形式不同，隔离式放大器输出模拟信号，而调制器输出数字信号。模拟输出特性为许多系统及工程师带来便利，让系统实现与测试流程更易理解，并且无需微控制器 (MCU) 辅助即可工作。

通常，隔离式放大器的输出端与 SAR ADC 相连。

SAR ADC 是 MCU 中最常见的类型。分辨率范围从低成本的 10 位到高端微控制器的 16 位。该实现方案的关键问题在于：在数据采集过程中，SAR ADC 的采样保持 (S/H) 电路会暂时干扰模拟信号链的正常工作。MCU 具备多个模拟输入通道，但仅集成 1 个、2 个或 3 个 ADC 块。因此，多个模拟输入通道需通过模拟多路复用器来共享 ADC。多路复用系统增加了设计难度，原因是 C_SH 电容器通常不会复位，因此会留存前一通道的状态信息。图 1-1 举例展示了一个简化示意图。

模拟放大器有两种可能的输出类型。

差分输出 (图 1-2) 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。

单端输出 (图 1-3) 可以直接与 ADC 接口连接，而不需要差分放大器。通常，该器件具有一个基准电压输入 (REFIN)，用于为输出 (OUT) 添加失调电压或设置增益。该方案更易实现，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。

对于上述两种输出类型，工程师均需深入理解采样过程的工作原理，以避免信号链的交流和直流性能损失。