ISO102 ISO106 信号隔离缓冲放大器

特征

14位线性

业界第一款密封

低成本隔离放大器

易于使用的完整电路

坚固的屏障，高压陶瓷电容器

100%高压试验

故障

ISO102:4000Vrms/10s，1500Vrms/1min

ISO106:8000Vpk/10s，3500Vrms/1min

超高IMR:60Hz时125dB min，ISO106标准

宽输入范围：–10V至+10V

宽带：70kHz

电压参考输出：5VDC

应用

工业过程控制

热电偶、电阻式温度检测器、压力桥、流量传感器通道隔离器

4mA至20mA回路隔离

电机和可控硅控制

接地回路消除

生物医学/分析

测量

电厂监控

数据采集/测试设备

隔离

军事装备

说明

ISO102和ISO106隔离缓冲放大器是电容耦合系列的两个成员吗从棕色毛刺中分离出产品。他们有相同的电气性能，它们的精度不同。ISO102在24针中的额定电压为1500Vrms浸泡。ISO106在40针中的额定电压为3500Vrms浸泡。两个侧面钎焊倾角均为600 mil宽工业标准包装尺寸，输入和输出阶段之间缺少插脚除外。这允许在生产中使用自动插入技术。三芯片混合宽大的高压间隔易于使用（无需要外部组件）。每个缓冲器精确隔离±10V模拟信号通过对输入电压进行数字编码差动陶瓷电容棒的耦合里尔。操作所需的所有元件都包含在DIP内。这提供了紧凑的信号密封包装中的隔离。

电气

在TA=+25oC和VCC1=VCC2=15V时，除非另有说明。

规格与左侧型号相同。

注：（1）100%额定连续试验1分钟。

（2） 隔离模式抑制是输出电压变化与隔离栅电压变化之比。它是频率的函数，如典型性能曲线所示。这是为不超过100V/μs的势垒电压转换率而规定的。

（3）可调为零。FSR=满标度范围=20V。

（4）非线性是输出电压与最佳拟合直线的峰值偏差。它表示为偏差与FSR的比值。

（5） 电源拒绝=VOS/20V电源变化。

（6） 纹波是内部产生的势垒载波频率的剩余分量。

（7） 动态的范围=FSR/（电压谱噪声密度x用户带宽平方根）。

（8） 超调可以通过带限消除。

（9） 参见“功耗vs“温度”性能曲线的局限性。

（10） 频带限制为10Hz，旁路电容器距离电源引脚小于0.25“。

TA=+25oC，VCC=15VDC，除非另有说明。

操作理论

ISO102和ISO106在输入和输出之间没有电流连接。与输入公共线有关的模拟输入信号在输出引用到输出公用程序。因为障碍信息是数字的，两个公域之间的潜力可以假设电压和频率的范围很广，而输出信号会受到影响。信号信息不受干扰，直到势垒电压的转换率超过100伏/微秒。隔离放大器的抑制能力两个接地之间的快速dV/dt变化规定为暂时豁免。保护放大器不受损坏转换速率高达100000伏/微秒。ISO102和ISO106的简化图如图1。该设计包括一个输入电压控制振荡器（VCO）也称为电压频率转换器（VFC）、差动电容器和输出锁相回路（PLL）。输入VCO直接驱动数字电平两个3pF势垒电容器。数字信号是频率调制的，并且在条上出现差异，而外部施加的隔离电压出现共模。

感测放大器只检测差分信息。输出级通过PLL的方法。锁相环的反馈采用与编码器VCO相同的第二个VCO。锁相环强制第二个VCO以相同的频率工作（和相位）作为编码器VCO；因此，两个VCO具有相同的输入电压。的输入电压解码器VCO作为隔离缓冲器的输出信号通过100kHz二阶有源滤波器后。

更详细地描述

ISO102和ISO106是指1987年微电子国际研讨会，第202页-206年。关于屏障对于任何隔离产品，屏障成分在实现高可靠性方面具有非常重要的作用。两者ISO102和ISO106采用两种3pF高压陶瓷耦合电容器。它们是由钨构成的在陶瓷基片上以螺旋模式沉积的薄膜。电容器板埋在封装中，使得屏障非常坚固且密封。电容相邻金属边缘电场的结果。介电强度超过10kV，电阻为通常为1014Ω。输入和输出电路包含在独立的焊料密封腔，导致第一个全密封混合隔离放大器。ISO102和ISO106被设计成没有部分在额定电压下放电。局部放电是随着时间的推移使屏障退化的局部击穿。因为它不能跨越障碍物很难发现。两种隔离放大器都在高温高压下进行了扩展评估。

电源和信号连接

图2显示了正确的电源和信号连接。每个电源应通过交流旁路连接至模拟Com  mon，并在靠近放大器的地方使用0.1μF陶瓷电容器尽可能的。短引线将使引线电感最小化。一个地平面也将减少噪音问题。信号通信线路应直接连接至公共管脚，即使采用低阻抗接地平面。请参阅管脚说明表中的Digital Com  mon。避免增益和隔离模式抑制（IMR）错误由外部电路引入，按指示接地，确保接地电阻最小。任何通过隔离栅的电容都会增加交流泄漏电流可能会降低高频内模反射。中的示意图图3显示了连接模拟和数字共享。

讨论规格：IS0102和IS0106是单位增益缓冲隔离主要用于高电平输入电压的放大器在1V到10V的顺序上。它们前面可以加上运算放大器、差动放大器或仪表放大器预处理毫伏量级的低电平信号把它翻译到一个高水平。

隔离模式抑制

IS0102和IS0106在很大的隔离模式范围内提供极高的隔离模式抑制电压和频率。典型性能曲线应用于确保在建议的范围。允许的最大势垒电压降低为电压频率增加。就像所有的隔离一样放大器，通过势垒的电压变化将引起通过屏障的泄漏电流。如果是IS0102

IS0106，存在泄漏电流阈值通过信号电容器，可导致解码器的感测放大器。当隔离电压达到100V/微秒，输出将从超过100伏/微秒的瞬变中恢复大约50微秒。前两个性能曲线表明大范围隔离的隔离模式抑制电压频率。图中还显示了典型的泄漏240Vrms时通过屏障的电流。大多数泄漏电流在输入公共管脚和输出数字接地引脚。IS0102和IS0106旨在在完全额定隔离电压和温度下运行没有明显的增益和偏移漂移。看到“收益”误差/偏移隔离电压“性能曲线增益和偏置随隔离电压的变化。供应和温度范围IS0102和IS0106的额定电压为+15V；如何保证它们在±10V到±20V之间工作。性能也在环境温度范围内评定-25°C至+85°C。在此温度范围外操作范围，参考“功耗与温度”建立最大允许供电电压的性能曲线。电源电流对变化相当不敏感电源电压或温度。因此，最大电流限制可用于计算最大值非额定条件下的结温。

可选带宽控制

以下讨论涉及最佳动态范围对带宽、噪声和稳定时间的性能。IS0102和IS0106的输出是二阶低通巴特沃斯滤波器。它的低阻抗输出额定为±5mA驱动和±12V范围，10000 pF荷载。锁相环的闭环带宽为70kHz，输出滤波器内部设置为100kHz。输出滤波器将屏障调频信号的剩余电压降低至低于输出信号的噪声下限。两个管脚可用于滤波器的带宽。只需要两个电容器。这个“带宽控制”性能曲线给出

C1类（C2级等于C1的两倍)以获得所需的带宽。数字4说明了两个电容器的可选连接。在所需信号之间可以达成折衷带宽和系统动态范围。噪音地板输出限制输出信号的动态范围。

噪声功率随带宽平方根的变化缓冲器。建议减少带宽最大信号带宽的两倍动态范围，如“动态范围与频带宽度”性能曲线所示。输出谱噪声密度测量结果显示在“输出光谱噪声”中密度“性能曲线。噪音很小0.1Hz至70kHz之间的5dB√Hz。缓冲放大器的总交流增益如图2所示性能曲线：“增益平坦度与频率”和“增益/相位与频率”注意C1=100pF和指挥控制=200pF，交流增益保持在±0.01dB范围内，直至7千赫。大信号正弦的总谐波失真波形输出在“总谐波失真”中绘制性能曲线。锁相环显示轻微最大回转条件下的不均匀上升和下降边缘。将输出滤波器带宽降低到70kHz以下平滑输出信号并消除任何超调。参见“大信号瞬态响应”性能曲线。

可选偏移和增益调整在许多应用中，工厂修剪的偏移量是足够的。对于减小或修改增益和偏移的情况需要时，每一个都很容易调整。加上两个如图4所示的电位计提供两个步骤校准。应先调整偏移量。增益调整不干扰偏移。电位计的TCR仅增加总温度漂移2%。偏移和增益调整程序如下：

1.将车辆识别号设置为0V并调整R1输出所需的偏移量。

2.将车辆识别号设置为满标度（不是零）。调整R2为了想要的利益。

印刷电路板布局

穿过隔离屏障的距离组件和导体模式应最大化以减少高压下的泄漏和电弧。布局良好降低杂散电容的技术将保证低泄漏电流和高交流内阻。对于某些应用程序，应用保形涂层化合物，如聚氨酯有助于保持良好的性能。尤其是如果污垢、油脂或湿气可以在电脑上积聚板表面、组件表面或组件管脚。因此，该行业公认的做法将产生最佳效果，尤其是在潮湿的冷凝环境中操作或测试电路时。最佳涂层可以是通过在真空条件下使用氨基甲酸乙酯来实现。这允许全面覆盖所有领域。接地的围绕中心线的环和C2减少这些引脚的高压电场。

应用

ISO102和ISO106隔离放大器用于三类应用：

1.高压接地信号的精确隔离潜力，

2.精确隔离信号与严重的地面噪声，和

3.模拟测量系统中的高压故障保护。图5到15显示了各种应用电路。

IS0102的误差分析小信号测量应用中的低电平信号的高精度测量存在高隔离模式电压可能很困难，因为隔离放大器本身的误差。该误差分析表明，当低漂移运行时放大器用于对低电平源信号进行预放大，一个低成本，简单和准确的解决方案是可能的。在图16所示的电路中，50mV分流器用于测量500伏直流电动机中的电流。OPA27将50mV放大200倍至10V满刻度。输出OPA27的输入被输入到IS0102，它是单位增益隔离放大器。连接到IS0102的5kΩ和1kΩ电位计用于调整增益和如规范讨论中所述，将误差偏移到零。一些观察运算放大器和ISO放大器的总误差为约为满量程的0.11%（见图17）。如果运算放大器并没有被用来对信号进行预放大错误率应该是FSR的2.6%。显然，小成本增加运算放大器可以大大提高性能。因此，当使用IS0102/106的全±10V电压范围。带宽为120Hz的IS0102的均方根噪声仅为0.18mVrms，仅为10V满标度的0.0018%输出。因此，即使16μV/√Hz的噪声频谱密度规格可能比其他隔离放大器，结果不是很重要错误术语。值得注意的是，即使带宽是增加到10kHz，iso-amp的噪声只会导致0.016%的FSR错误。