隔离式ADC：隔离技术融合下的高精度高性能ADC

模拟数字转换器ADC连接着现实模拟世界与电子系统，一直是芯片产业皇冠上的明珠。随着技术应用的发展，ADC产业呈现出越来越清晰的发展趋势，高采样率、高分辨率以及低功耗是未来的发展方向。隔离式ADC，作为ADC门类下极具代表性的一类产品，因为其所带的隔离技术增强了性能并延长了使用寿命，是ADC性能突破和高集成度简化设计负担的例证之一。
 
对于隔离式高性能ADC而言，隔离技术一方面要注意隔离时钟，另外则要注意隔离电源。ADC（采样时钟或转换信号）的时钟隔离，是为了以防热端不产生时钟，同时为了高性能，时钟需要无抖动；隔离电源通常在10 W以下范围内，一般应用反激式转换器或者推挽式转换器。
 
其实还有一个数据隔离，数据隔离可以通过数字隔离器实现。只需将SPI信号SPI时钟、SDO、SCK和Busy连接到数据隔离器，确保数据路径得到隔离的隔离数据。
 
目前主流厂商如TI，ADI等都在这一门类下推出了高性能产品。
 
TI  AMC系列隔离式ADC
 
AMC1106
 

（图源：TI）

 
AMC1106M05具有±50mV 输入和CMOS接口，这款隔离式ADC的输出与输入电路由抗电磁干扰性能极强的电容式隔离层隔开。
 
这个系列的输入级对直接连接到分流电阻器或其他低电压等级信号源的情况进行了优化，子啊交流和直流性能上表现十分出色，通常用于多相电量计。在低输入电压范围内，使用较小电阻值的分流电阻器最大限度地降低了功率耗散。
 
出色的直流性能带来了高精度，这个系列的产品在失调和增益误差上极小。失调误差仅为±50 µV，增益误差则为±0.2%。
 
AMC1303
 

（图源：TI）

 
AMC1303是一系列高精度具有内部时钟的Δ-Σ 调制器，这款隔离式ADC的输出与输入电路也由抗电磁干扰性能极强的电容式双隔离层隔开。不同于上一系列的是该隔离层经过认证，可以按照标准提供高达7000 V_PK的增强型隔离。与隔离式电源结合使用时，该隔离式调制器可将以不同共模电压等级运行的系统的各器件隔开，并防止较低电压器件损坏。
 
该器件有10MHz和20MHz两种时钟选项，可在78kSPS的有效输出数据速率下实现85dB动态范围的16位分辨率。在工业电机驱动、光电逆变器、功率因数校正电路等方面有广泛的应用。
 
除此之外TI还有AMC1306系列，这一系列与1303系列有些类似，但是增加了CMOS接口，具有高CMTI。
 
ADI系列隔离式ADC
 
ADuM7704
 

（图源：ADI）

 
ADuM7704 基于ADI的iCoupler技术，通过片内数字隔离功能，可将模拟输入信号转换为高速单位的数据流。模拟输入由高性能模拟调制器持续采样，并转换为数据速率高达21 MHz 的1密度数字输出流。使用适当的sinc3数字滤波器重构原始信息，可以在78.1 kSPS 时以 256 抽取率和 20 MHz 主时钟实现86 dB的信噪比。
 
这个系列的串行接口采用了数字隔离，高速互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术与整体式变压器技术相结合，实现了片内隔离，因此能提供比光耦合器套件等替代方案更出色的性能特点。
 
ADE7912
 
ADE7912是隔离式3通道Σ-Δ型ADC，可应用在基于分流器的三相电表、电能质量监控、太阳能逆变器等这些器件中。数据与电源隔离依然是ADI的iCoupler技术。
 
ADE7912集成了两个24位ADC，电流ADC可在3 kHz信号带宽内提供67 dB信噪比，而电压ADC可在相同的带宽内提供72 dB信噪比。iCoupler芯片级技术还能隔离ADC第一级和第二级之间的逻辑信号，所以基于iCoupler的隔离式ADC可以做到小尺寸和完全隔离，在性能上有明显的增强，同时器件使用寿命也显著延长。
 
小结
 
隔离式ADC和普通ADC在本质上没有太大区别。普通ADC也可以通过光藕或者数字隔离器与主电路隔离，而隔离ADC把这一块都做到了芯片里面，不同的隔离方案与隔离技术都会对ADC性能产生巨大影响。数据隔离对整体系统影响较小，而时钟和电源的隔离技术选择对器件性能有直接作用。