模拟量光耦隔离VIP专享

线性光耦原理与电路设计 1. 线形光耦介绍 光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如 UART 协议的20mA 电流环。对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。 对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几 K的频率内提供 0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而 达 到实 现 线性隔离的目 的。 市 场 上 的线性光耦有几中可选择的芯 片 ,如 Agilent 公 司 的HCNR200/201,TI 子 公 司 TOAS 的TIL300,CLARE 的LOC111 等 。这里 以HCNR200/201 为例 介绍 2. 芯 片 介绍与原理说 明 HCNR200/201 的内部框 图 如下 所 示 其中1、2 引作为隔离信号的输入,3、4 引脚用于反馈,5、6 引脚用于输出。1、2 引脚之间的电流记作 IF,3、4 引脚之间和 5、6引脚之间的电流分别记作 IPD1 和 IPD2。输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流 IF 上,IPD1和 IPD2 基本与 IF 成线性关系,线性系数分别记为 K1 和 K2,即 K1 与 K2 一般很小（HCNR200 是 0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200 的变化范围在 0.25%到 0.75%之间）,但芯片的设计使得 K1 和 K2 相等。在后面可以看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值 K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 HCNR200 和 HCNR201 的内部结构完全相同,差别在于一些指标上。相对于 HCNR200,HCNR201 提供更高的线性度。 采用HCNR200/201 进行隔离的一些指标如下所示： * 线性度：HCNR200：0.25%,HCNR201：0.05%; * 线性系数K3：HCNR200：15%,HCNR201：5%; * 温度...