電路功能與優(yōu)勢
    圖1所示電路是一種完整的低成本模擬/模擬隔離器解決方案，它提供2500 V rms的隔離值（1分鐘，符合UL 1577標準）。
    該電路基于 AD7400A——一款二階Σ-Δ型調(diào)制器，提供數(shù)字隔離的1位數(shù)據(jù)流輸出。隔離模擬信號利用一個基于雙通道、低噪聲、軌到軌運算放大器 AD8646 的四階有源濾波器恢復。 ADuM5000 用作隔離端的電源，兩端完全隔離，系統(tǒng)僅使用一個電源。該電路具有0.05%的線性度，并能獲益于調(diào)制器AD7400A和模擬濾波器提供的噪聲整形。該電路的應用包括電機控制和電流監(jiān)控，同時它還能有效替代基于光隔離器的隔離系統(tǒng)。

    采用AD7400A的模擬隔離器（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）圖1. 采用AD7400A的模擬隔離器（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）
    電路描述
    圖1顯示的是電路的框圖。模擬輸入由Σ-Δ型調(diào)制器AD7400A以10 MSPS進行采樣。22 Ω電阻和0.1 μF電容構成一個截止頻率為145 kHz的差分輸入降噪濾波器。AD7400A的輸出為隔離的1位數(shù)據(jù)流。量化噪聲由一個二階Σ-Δ型調(diào)制器整形，將噪聲移動到較高頻率（參見教程MT-022）。
    為了重構模擬輸入信號，數(shù)據(jù)流之后應連接一個ADG849開關，并將其與3 V ADR443基準電壓源相連，以便穩(wěn)定MDAT的峰峰值輸出。
    隨后，信號通過有源濾波器濾波，該濾波器階數(shù)高于調(diào)制器階數(shù)。為了更好地衰減噪聲，使用一個四階切比雪夫濾波器。當濾波器階數(shù)相同時，相比于其它濾波器響應(巴特沃茲或貝塞爾)，切比雪夫響應提供zui為陡峭的滾降。該濾波器利用雙通道、軌到軌輸入和輸出、低噪聲、單電源運算放大器AD8646來實現(xiàn)。
    ADuM5000是一款基于ADI公司iCoupler技術的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于為電路的隔離端（包含AD7400A）提供電源。isoPower技術利用高頻開關元件，通過芯片級變壓器傳輸功率。
    本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實現(xiàn)zui佳性能，必須采用適當?shù)牟季?、接地和去耦技術（請參考教程MT-031——“實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”、教程MT-101——“去耦技術” 和ADuC7060 / ADuC7061）評估板布局布線。設計印刷電路板(PCB)布局布線時應特別小心，必須符合相關輻射標準以及兩個隔離端之間的隔離要求。（參見應用筆記 AN-0971。）
    為了避免過驅(qū)AD8646，輸入信號應低于AD8646的電源電壓(5 V)。AD7400A的輸出為1和0的數(shù)據(jù)流，幅度等于AD7400A VDD2電源電壓。因此，VDD2數(shù)字電源為線性穩(wěn)壓器 ADP121 提供的3.3 V電壓。或者，如果VDD2使用5 V電源，則數(shù)字輸出信號應經(jīng)過衰減后才能連接到有源濾波器。無論何種情況，電源都應進行適當調(diào)節(jié)，因為zui終的模擬輸出與VDD2直接成正比。
    圖1所示電路的5 V電源由5 V線性穩(wěn)壓器ADP3301 提供，它接受5.5 V至12 V的輸入電壓。
    模擬有源濾波器設計
    低通濾波器的截止頻率主要取決于電路所需的帶寬。截止頻率與噪聲性能之間存在取舍關系，如果提高濾波器的截止頻率，則噪聲會增加。在本設計中尤其如此，因為Σ-Δ型調(diào)制器對噪聲進行整形，將很大一部分移動到較高頻率。本設計選擇100kHz的截止頻率。
    對于給定的截止頻率，濾波器的過渡帶越小，則濾波器通過的噪聲越少。在所有濾波器響應中（巴特沃茲、切比雪夫、貝塞爾等），本設計之所以選擇切比雪夫響應，是因為在給定濾波器階數(shù)下，它的過渡帶較小，但代價是瞬態(tài)響應性能略差。
    該濾波器是一個四階濾波器，由兩個采用Sallen-Key結構的二階濾波器組成。該濾波器的設計使用了模擬濾波器向?qū)Ш蚇i Multisim工具。所有的參數(shù)包括：
    濾波器類型=低通、切比雪夫，0.01dB紋波
    階數(shù) = 4
    Fc = 100 kHz，Sallen-Key(為清晰起見，采用更新格式)
    除了反饋電阻降至22Ω外，全部使用程序生成的推薦值。
    測量
    AD7400A的增益為5.15，輸出偏移電壓為1.65 V（采用3.3 V電源供電時）。0 V的差分信號產(chǎn)生1和0的數(shù)字位流，1和0各占50%的時間。數(shù)字輸出電源為3.3V，因此，濾波后會有1.65 V的直流偏移。在理想狀態(tài)下，320 mV的差分輸入生成全1的數(shù)據(jù)流，濾波后產(chǎn)生3.3 V直流輸出。因此，AD7400A的有效增益為：
    增益= (3.3 ? 1.65)/0.32 = 5.15625
    通過測量，實測偏移為1.641497 V，增益為5.165。系統(tǒng)的直流傳遞函數(shù)如圖2所示。實測線性度為0.0465%。

    系統(tǒng)直流傳遞函數(shù)圖2. 系統(tǒng)直流傳遞函數(shù)
    圖3顯示無直流失調(diào)電壓的輸出電壓與輸入頻率的關系。輸入信號電壓為40 mV p-p，可產(chǎn)生40 ? 5.165 = 207 mV p-p的輸出信號。注意，頻率響應函數(shù)中約有10 mV的峰化，相當于大約0.42 dB。
    該系統(tǒng)具有良好的噪聲性能，1 kHz時的噪聲密度為2.50 μV/√Hz，10 kHz時為1.52 μV/√Hz。
    有關本電路筆記的完整設計支持包

    40 mV p-p輸入信號的電路頻率響應圖3. 40 mV p-p輸入信號的電路頻率響應
    常見變化
    該電路可以用于隔離電壓監(jiān)控，也可用于需要監(jiān)控分流電阻兩端電壓的電流檢測應用。系統(tǒng)輸入信號的要求參見AD7400A數(shù)據(jù)手冊。
    如果用ADuM6000代替ADuM5000，則整個電路的隔離額定值為5 kV。
    如有需要，可用ADP1720或ADP7102線性穩(wěn)壓器代替ADP3301。
    電路評估與測試
    用 6 V電源使電路上電后，可以利用信號發(fā)生器和示波器輕松評估該電路。
    設備要求（可以用同等設備代替）
    需要以下設備：
    * 多功能校準儀（直流源）：Fluke 5700A
    * 數(shù)字萬用表：Agilent 3458A，8.5位
    * 頻譜分析儀：Agilent 4396B
    * 函數(shù)發(fā)生器：Agilent 33250A
    * 6 V電源
    設置與測試
    線性度測量設置的框圖如圖4所示。 6 V電源連接到EVAL-CN0185-EB1Z電源引腳。
    直流輸入電壓利用Fluke 5700A產(chǎn)生，使用Agilent 3458A DVM測量輸出。Fluke 5700A的直流輸出以1 mV步進從1 mV提高到250mV，并記錄數(shù)據(jù)。
    用于測量線性度的CN-0185電路測試設置圖4. 用于測量線性度的CN-0185電路測試設置
    為了測量頻率響應，按照圖5所示連接設備。首先將函數(shù)發(fā)生器33250A設置為0直流偏移的40 mV峰-峰值正弦波輸出，然后利用頻譜分析儀4396B掃描100 Hz至500 kHz的信號頻率，并記錄數(shù)據(jù)。
    用于測量頻率響應的CN-0185電路測試設置圖5. 用于測量頻率響應的CN-0185電路測試設置