隔離式ADC：隔離技術(shù)融合下的高精度高性能ADC

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC連接著現(xiàn)實(shí)模擬世界與電子系統(tǒng)，一直是芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。隨著技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，ADC產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出越來越清晰的發(fā)展趨勢，高采樣率、高分辨率以及低功耗是未來的發(fā)展方向。隔離式ADC，作為ADC門類下極具代表性的一類產(chǎn)品，因?yàn)槠渌鶐У母綦x技術(shù)增強(qiáng)了性能并延長了使用壽命，是ADC性能突破和高集成度簡化設(shè)計負(fù)擔(dān)的例證之一。

對于隔離式高性能ADC而言，隔離技術(shù)一方面要注意隔離時鐘，另外則要注意隔離電源。ADC（采樣時鐘或轉(zhuǎn)換信號）的時鐘隔離，是為了以防熱端不產(chǎn)生時鐘，同時為了高性能，時鐘需要無抖動；隔離電源通常在10 W以下范圍內(nèi)，一般應(yīng)用反激式轉(zhuǎn)換器或者推挽式轉(zhuǎn)換器。

其實(shí)還有一個數(shù)據(jù)隔離，數(shù)據(jù)隔離可以通過數(shù)字隔離器實(shí)現(xiàn)。只需將SPI信號SPI時鐘、SDO、SCK和Busy連接到數(shù)據(jù)隔離器，確保數(shù)據(jù)路徑得到隔離的隔離數(shù)據(jù)。

目前主流廠商如TI，ADI等都在這一門類下推出了高性能產(chǎn)品。

TI AMC系列隔離式ADC

AMC1106

AMC1106M05具有±50mV 輸入和CMOS接口，這款隔離式ADC的輸出與輸入電路由抗電磁干擾性能極強(qiáng)的電容式隔離層隔開。

這個系列的輸入級對直接連接到分流電阻器或其他低電壓等級信號源的情況進(jìn)行了優(yōu)化，子啊交流和直流性能上表現(xiàn)十分出色，通常用于多相電量計。在低輸入電壓范圍內(nèi)，使用較小電阻值的分流電阻器最大限度地降低了功率耗散。

出色的直流性能帶來了高精度，這個系列的產(chǎn)品在失調(diào)和增益誤差上極小。失調(diào)誤差僅為±50 μV，增益誤差則為±0.2%。

AMC1303

AMC1303是一系列高精度具有內(nèi)部時鐘的Δ-Σ 調(diào)制器，這款隔離式ADC的輸出與輸入電路也由抗電磁干擾性能極強(qiáng)的電容式雙隔離層隔開。不同于上一系列的是該隔離層經(jīng)過認(rèn)證，可以按照標(biāo)準(zhǔn)提供高達(dá)7000 V_PK的增強(qiáng)型隔離。與隔離式電源結(jié)合使用時，該隔離式調(diào)制器可將以不同共模電壓等級運(yùn)行的系統(tǒng)的各器件隔開，并防止較低電壓器件損壞。

該器件有10MHz和20MHz兩種時鐘選項(xiàng)，可在78kSPS的有效輸出數(shù)據(jù)速率下實(shí)現(xiàn)85dB動態(tài)范圍的16位分辨率。在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動、光電逆變器、功率因數(shù)校正電路等方面有廣泛的應(yīng)用。

除此之外TI還有AMC1306系列，這一系列與1303系列有些類似，但是增加了CMOS接口，具有高CMTI。

ADI系列隔離式ADC

ADuM7704

ADuM7704 基于ADI的iCoupler技術(shù)，通過片內(nèi)數(shù)字隔離功能，可將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為高速單位的數(shù)據(jù)流。模擬輸入由高性能模擬調(diào)制器持續(xù)采樣，并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)速率高達(dá)21 MHz 的1密度數(shù)字輸出流。使用適當(dāng)?shù)膕inc3數(shù)字濾波器重構(gòu)原始信息，可以在78.1 kSPS 時以 256 抽取率和 20 MHz 主時鐘實(shí)現(xiàn)86 dB的信噪比。

這個系列的串行接口采用了數(shù)字隔離，高速互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 技術(shù)與整體式變壓器技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了片內(nèi)隔離，因此能提供比光耦合器套件等替代方案更出色的性能特點(diǎn)。

ADE7912

ADE7912是隔離式3通道Σ-Δ型ADC，可應(yīng)用在基于分流器的三相電表、電能質(zhì)量監(jiān)控、太陽能逆變器等這些器件中。數(shù)據(jù)與電源隔離依然是ADI的iCoupler技術(shù)。

ADE7912集成了兩個24位ADC，電流ADC可在3 kHz信號帶寬內(nèi)提供67 dB信噪比，而電壓ADC可在相同的帶寬內(nèi)提供72 dB信噪比。iCoupler芯片級技術(shù)還能隔離ADC第一級和第二級之間的邏輯信號，所以基于iCoupler的隔離式ADC可以做到小尺寸和完全隔離，在性能上有明顯的增強(qiáng)，同時器件使用壽命也顯著延長。

小結(jié)

隔離式ADC和普通ADC在本質(zhì)上沒有太大區(qū)別。普通ADC也可以通過光藕或者數(shù)字隔離器與主電路隔離，而隔離ADC把這一塊都做到了芯片里面，不同的隔離方案與隔離技術(shù)都會對ADC性能產(chǎn)生巨大影響。數(shù)據(jù)隔離對整體系統(tǒng)影響較小，而時鐘和電源的隔離技術(shù)選擇對器件性能有直接作用。