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隔離DAC/ADC有哪些選擇? APC&PAC芯片

客益電子 ? 來源:a朱金橋 ? 2020-03-16 09:08 ? 次閱讀
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模擬信號隔離是電動汽車、工業(yè)控制PLC電機驅(qū)動、電源逆變器等領(lǐng)域的常用技術(shù),常規(guī)的解決方案有線性光耦、隔離運放等,不過價格上略偏高昂、電路也較為復雜,有些精度也不夠,總體來說,應用中不算太友好。

為了獲得更低成本的解決方案,大多數(shù)工程師會選擇PWM來實現(xiàn)模擬信號的隔離傳輸。比如下圖:

這種解決方案分為三步:

第一、將PWM信號經(jīng)過光耦隔離后輸出PWM_ISO信號。其中PWM_ISO信號的高電平為基準電壓VREF。第二步用二階RC濾波電路過濾PWM_ISO信號輸出電壓信號VLPF。第三步,VLPF信號經(jīng)過經(jīng)過運放放大后輸出目標電壓VOUT。這是一個非常容理解和實現(xiàn)的方案,也被廣泛的使用,不過此電路也有其短板。

缺點一,光耦傳輸PWM信號會引入失真,尤其光耦對溫度敏感,對策有兩個,使用高速光耦或者將輸入PWM的頻率盡可能的變低,前者價格較高而后者會極大的增加傳輸時延。

缺點二,第二步中為了獲得干凈的VLPF電壓,需要較大的RC值來進行濾波,PWM頻率越低,需要的RC越大,信號的傳輸速度也就越慢。

缺點三,假設PWM的占空比為Duty,則最終輸出的VOUT=VREF*Duty*(R1+R2)/R2,上式可以得出VOUT的精度決定于VREF、(R1+R2)/R2、Duty三者,假設Duty精度可以通過高速光耦來實現(xiàn),那么高精度的輸出還需要高精度的VREF和電阻才能實現(xiàn),所以當用這個電路實現(xiàn)高精度的PWM轉(zhuǎn)電壓時,對各個器件的要求較高,成本也較高。

客益電子推出的模擬信號隔離方案是基于APC芯片和PAC芯片技術(shù)。所謂APC芯片是將模擬信號線性轉(zhuǎn)換成PWM信號,相對的,所謂PAC芯片是將PWM信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

下圖為APC芯片GP9303:

APC芯片GP9303的輸入端VIN的電壓范圍是0-5V,其輸出的PWM信號的占空比為Duty=VIN/5V。將0-5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為0%-100%的PWM信號輸出。

下圖為PAC芯片GP8101:

PAC芯片GP8101的輸入端PWM信號的占空比范圍為0%-100%,其輸出電壓信號VOUT=Duty*5V。將0%-100%的PWM輸入信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出。

通過APC和PAC芯片的組合可以非常容易的實現(xiàn)模擬信號隔離,包括PWM與模擬信號隔隔離轉(zhuǎn)換。通常工程師經(jīng)常會遇到三類功能需求:

隔離ADC功能

隔離DAC功能

模擬信號隔離功能

第一種隔離ADC功能可以通過下圖方式實現(xiàn),通過APC芯片GP9303將模擬信號0-5V轉(zhuǎn)換成0%-100%的PWM信號,輸出的PWM信號經(jīng)過光耦隔離后被MCU采集,從而實現(xiàn)隔離ADC的作用。

第二種隔離DAC的功能可以通過下圖方式實現(xiàn),MCU輸出PWM信號,經(jīng)過光耦隔離后輸出給PAC芯片GP8101或者GP8102等,PAC芯片直接輸出0-10V、4-20mA等模擬量,其中輸出值與PWM占空比呈線性關(guān)系。

第三種模擬信號隔離功能有兩種方法實現(xiàn),一種使用光耦作為隔離媒介,APC芯片GP9303將模擬信號轉(zhuǎn)換成PWM,PAC芯片GP8101將PWM信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,中間通過光耦隔離。另一種方法是APC芯片GP9303M將模擬信號轉(zhuǎn)換成PWM高頻調(diào)制信號,PAC芯片GP8101M將高頻調(diào)制PWM信號解調(diào)后還原成模擬信號輸出,中間用電容來隔離。

下圖為光耦隔離方案

下圖為電容隔離方案,電容隔離方案電路簡單,成本低廉,是非常有競爭力的解決方案。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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