在电机控制、电源电流监测和电池电压监测等应用中，必须在存在高共模电压的情况下检测到小的差分电压。这些应用中有些需要电隔离，有些则不需要。一些应用程序使用控制，其他应用程序使用数字控制。将考虑这种测量的四种情况，每种情况都需要独特的考虑。它们是:

• 带输出的电流隔离;

• 带数字输出的电流隔离;

• 无电流隔离，输出;

• 无电流隔离，数字输出。

差分信号和共模信号

图1显示了测量系统的输入。V(DIFF)表示感兴趣的信号的差分电压。V(CM)表示共模电压，它不包含有关测量的有用信息，实际上会降低测量精度。共模电压可能是测量系统的隐含部分，如在电池电压监测应用中，或者它可能是由传感器意外接触到高电压的故障条件产生的。在任何一种情况下，该电压都是不需要的，测量系统的工作是拒绝它，同时响应差模电压。

共模抑制(CMR)

该测量系统具有差模增益和共模增益。差模增益通常大于或等于1，而共模增益理想为零。电阻失配导致反相输入的直流增益与非反相输入的增益略有不同。这反过来又会产生非零的直流共模增益。如果差分增益是

共模增益为

共模抑制比(CMRR)是差模增益除以共模增益，即

对数等效(CMR-in - dB)为

在实际应用中，外部干扰源大量存在。拾取将从交流电源线(50/60 Hz及其谐波)、设备开关和低频传输源耦合。这种类型的干扰被均匀地诱导到两个差分输入中，因此表现为共模信号。因此，除了高直流CMR外，仪表放大器还需要高交流CMR，特别是在线频率及其谐波时。直流共模误差主要是电阻失配的函数。相反，交流共模误差是反相输入和非反相输入之间相移或时间延迟差异的函数。这些可以通过使用匹配良好的高速组件最小化，它们可以用电容器修剪。或者，在低频应用中，必要时可以使用输出滤波。而直流共模误差通常可以通过校准或微调来消除。交流共模误差会降低测量的分辨率，因此通常受到更大的关注。所有Devices的仪表放大器都完全规定了直流和低频交流共模抑制。

电隔离

有些应用要求传感器和系统电子设备之间没有直接的电气连接。这些应用需要电流隔离，以保护传感器、系统或两者。系统电子元件可能需要在传感器处受到高压保护。或者，在需要本质安全的应用中，传感器激励和电源电路可能需要隔离，以防止可能由故障条件引起的火花或爆炸性气体的点燃。在医疗应用中，如心电图(ECG)，需要两个方向的保护。必须保护病人，防止意外触电。如果病人的心脏停止跳动，必须通过紧急使用除颤器来保护心电图机免受施加在病人身上的非常高的电压，以试图恢复心跳。

电流隔离也用于断开接地回路，即使两个系统接地之间的小电阻也可能产生不可接受的高电位。这可能发生在精密转换系统中，其中毫安电流流过百分之几欧姆会产生数百微伏的接地误差，这可能会限制测量的分辨率。或者它可能发生在工业装置中，在那里数千安培的电流可能产生数百伏的接地误差和潜在的危险情况。

电流隔离可以使用磁场(变压器)、电场(电容器)或光(光隔离器)。每种方法都有自己的优点和缺点。然而，对于所有类型，隔离电源(或电池)通常需要为隔离器的浮动侧供电。这可以很容易地与使用变压器隔离屏障的隔离器中的信号隔离相结合。其他方法可能需要单独的变压器耦合dc- dc转换器，这增加了成本。

高阻抗与电隔离

许多应用需要在存在高共模电压的情况下检测小差分电压的能力，但不需要电流隔离提供的固有安全性或断开接地回路的能力。这些应用需要能够接受高共模电压的高cmr放大器。这种类型的放大器，有时被称为“穷人的隔离放大器”，用高阻抗将传感器与系统隔离，而不是用电隔离屏障。虽然不是真正意义上的隔离，但它可以在某些应用程序中以低得多的成本达到相同的目的。此外，不需要dc- dc转换器，因为整个系统由同一电源供电。

图2显示了AD629，这是一款专为此类应用而设计的高共模电压差分放大器。这似乎很简单。它“只是”一个运放和五个电阻。用户不能“自己卷”吗?是的，但是电阻器必须匹配到优于0.01%，并且必须跟踪到优于3 ppm/°C。电阻自热会降低直流CMR，而电容杂散会降低交流CMR。与8引脚DIP或SOIC相比，性能、尺寸和成本都将被牺牲。

需要电流隔离的输入和输出的简单工业过程控制回路等应用可以使用AD202/AD204。这些是输入和输出级之间具有电流隔离的完全隔离放大器。变压器耦合意味着它们还可以为输入级提供隔离电源，从而消除了对外部dc- dc转换器的需求。AD202/AD204提供一个用于输入信号调理的未承诺运放，增益为100时的CMR为130 dB，峰值CMV隔离为2000 v。图3显示了一个AD202电路*，用于测量±5 V满量程信号，运行在高达2000 V的共模电压上。对于需要隔离桥励磁，冷端补偿，线性化和其他信号调理功能的应用，3B, 5B, 6B和7B系列提供了一系列完整的，隔离良好的信号调理器。

一些工业传感器应用需要电隔离，并结合智能传感器的数字输出。数字隔离，而不是隔离，可以更经济有效地使用，但需要一个外部dc- dc转换器。这类应用的一个例子是在电机控制中，其中电机的故障条件可能会破坏控制电子设备。可以使用AD7742同步电压-频率转换器，以及光耦合器和dc- dc转换器，如图4所示。远程AD7742可与系统微处理器或微控制器接口，完成A/D转换。对于独立应用，串行输出AD7715前端，一个16位西格马 - 得尔塔 a /D转换器，可以使用，但它有五个数字线隔离，而不是从V/F转换器的单个数字输出。但是，可以使用AD260五通道高速逻辑隔离器，而不是五个光耦合器和一个dc- dc转换器，并带有自己的板载变压器。图5显示了AD7715和AD260。

当不需要电隔离时，情况就变得简单了。这类应用的一个例子是电池电压监测。AD629既用于测量单个单元的电压，也用于抑制串联单元堆栈提供的共模电压。不需要dc- dc转换器，因为电阻网络的高阻抗保护运放的输入，即使其电源电压远低于共模电压。图6显示了AD629测量1.2 v电池的电压，该电池是120 v电池的一部分。

最后，还有一些应用不需要电隔离，但需要数字输出。这种应用的一个例子是微处理器控制的电源的供电电流监测。这里AD629与AD7887 12位ADC一起使用。AD629提供信号调理和共模抑制，而AD7887提供数字输出。同样，由于AD629的高输入阻抗和共模衰减，不需要dc- dc转换器。图7显示了电源电流监测应用中的AD629/AD7887。

*这些数字是说明性的例子;它们不是测试应用程序的详细原理图。请查阅产品数据表了解更多信息。你也可以在网上研讨会笔记《实用设计技术》和《传感器信号调理的实用设计技术》一书中找到有用的设计信息来源。使用高压电路时要格外小心