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1.隔离放大器简介
图 1 显示了基于隔离放大器的测量解决方案的实现。
隔离放大器的输入级由一个驱动 Δ-Σ (ΔΣ) 调制器的输入放大器组成。 输入放大器的增益由内部精密电阻固定和设置。 ΔΣ 调制器使用内部参考电压和时钟发生器将模拟输入信号转换为数字比特流。 驱动器将调制器的输出跨过隔离高压域和低压域的隔离栅传输。 接收到的比特流和时钟由低压侧的模拟低通滤波器m6体育和处理，并作为模拟输出信号呈现。
隔离放大器的差分输出通m6体育过基于运算放大器的电路转换为单端模拟输出。 这种基于运算放大器的电路还可以实现低通滤波器，以进一步将信号带宽降低到感兴趣的带宽，从而提高系统噪声性能。
位于m6体育制器 (MCU) 或数字信号处理器 (DSP) 外部或内部的模数转换器 (ADC) 接收此反馈模拟输出并将此输出转换回数字域。
2.隔离调制器简介
图 2 显示了基于隔离调制器的测量解决方案的实现。
隔离调制器的输入级类似于隔离放大器的输入级。 驱动器通过隔离栅传输调制器输出。 隔离数据输出 DOUT 以更高的频率（高达 20 MHz）提供 1 和 0 的数字比特流。 该位流输出的时间平均值与模拟输入电压成正比。 测量的信号通过 TMS320F2807x 和 TMS320F2837x、DSP 或现场可编程门阵列 (FPGA) 等m6体育制器系列内部的数字滤波器进行重建。
3.隔离放大器和隔离调制器的性能比较
表 1 显示了隔离放大器和隔离调制器之间的基本性能差异。
在基于隔离放大器的解决方案中，测量的模拟信号会经历多次模数和数模转换。 隔离放大器内的级、差分到单端级以及 MCU 或 DSP 外部或内部的 ADC 会降低整体精度和噪声性能并增加延迟。 隔离放大器输出级中的固定低通滤波器实现限制了信号带宽。 用于差分到单端转换的基于运算放大器的外部电路可用于创建有源低通滤波器，以进一步限制信号带宽，从而提高噪声性能。 隔离放大器具有固定延迟。 基于隔离放大器的解决方案因其熟悉性和相对易于实施而被广泛使用。
如图 2 所示，在基于隔离调制器的解决方案中测得的模拟信号仅经过一次模数转换。该解决方案无需差分到单端级，从而减少了组件数量和解决方案尺寸。不再需要在基于隔离放大器的解决方案中使用的 ADC，它在许多情况下会限制可实现的最大采样分辨率和准确度。这种基于隔离调制器的方法改善了信号噪声性能和整体精度，并且与基于隔离放大器的解决方案相比，可以实现更高的信号带宽和更低的延迟。隔离式调制器提供更快的数字比特流输出，通常高达 20 MHz。m6体育制器系列（例如 TMS320F2807x 和 TMS320F2837x）中的 Σ-Δ 滤波器模块 (SDFM) 模块提供了一种调整噪声性能和信号带宽的简单方法或延迟。如表 2 所示，更高的过采样率 (OSR) 实现会带来更好的精度和更高的采样分辨率，但信号带宽更小，延迟更高。同样，降低 OSR 会降低准确性和样本分辨率，但会增加带宽并减少延迟。类似的 DSP 或 FPGA 也可以实现这样的数字滤波器。
此外，如图 3 所示，可以并行实施多个数字滤波器，以同时实现更高的采样分辨率、更低的延迟和更高的带宽。 其中一个数字滤波器可以实现高 OSR 数字滤波器以获得更好的噪声性能，另一个可以实现低延迟数字滤波器。
凭借基于隔离调制器的解决方案所提供的系统优势，在高性能系统中出现了转向基于隔离调制器的解决方案的趋势。
4.牵引逆变器中的隔离调制器
图 4 显示了在汽车牵引逆变器中实施基于隔离调制器的解决方案。
Figure 4. Current Measurement Using an Isolated Modulator
牵引逆变器对驾驶体验有直接影响，需要精确控制牵引电机的速度和扭矩。分流器与隔离式 Δ-Σ 调制器相结合，为控制器提供最高质量的反馈信号，以建立脉冲 桥式晶体管的宽度调制 (PWM) 模式。 数字滤波器实现允许工程师调整牵引电机控制的质量。
如图 3 所示，FPGA、MCU 和 DSP 可以有多个并行运行的数字滤波器。 其中一个数字滤波器可以是提供精确反馈信号以控制桥式晶体管的高性能数字滤波器。 另一种数字滤波器可以是用于检测过载或过流情况的低延迟数字滤波器。 具有不同 OSR 的三阶 (sinc3) 滤波器可用于两个数字滤波器。
5.隔离放大器和调制器建议
表 3 列出了与隔离放大器和调制器一起使用的推荐器件。
与隔离式放大器相比，隔离式调制器提供更高的采样分辨率和精度。通过隔离式调制器和定制数字滤波器的组合，工程师可以用采样分辨率来换取系统延迟和带宽。基于隔离式调制器的解决方案需要更少的组件并实现更小的解决方案 尺寸合理，成本合理。强烈建议在需要高采样分辨率或低延迟的隔离测量应用中使用隔离调制器。