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型調制器，提供數字隔離的1位數據流輸出。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，系統僅使用一個電源。該電路具有0.05%的線性度，并能獲益于調制器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控，同時它還能有效替代基于光隔離器的隔離系統。

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圖1顯示的是電路的框圖。模擬輸入由Σ-Δ型調制器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位數據流。量化噪聲由一個二階Σ-Δ型調制器整形，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，數據流之后應連接一個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，該濾波器階數高于調制器階數。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)，切比雪夫響應提供最為陡峭的滾降。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。

ADuM5000是一款基于ADI公司iCoupler^?技術的隔離式DC/DC轉換器，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。為實現最佳性能，必須采用適當的布局、接地和去耦技術（請參考教程MT-031——“實現數據轉換器的接地并解開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的數據流，幅度等于AD7400A V_DD2電源電壓。因此，V_DD2數字電源為線性穩壓器 ADP121 提供的3.3 V電壓。或者，如果VDD2使用5 V電源，則數字輸出信號應經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節，因為最終的模擬輸出與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下，它的過渡帶較小，但代價是瞬態響應性能略差。

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導和Ni?Multisim工具。所有的參數包括：

• 濾波器類型=低通、切比雪夫，0.01dB紋波
• 階數 = 4
• F_c = 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的差分信號產生1和0的數字位流，1和0各占50%的時間。數字輸出電源為3.3V，因此，濾波后會有1.65 V的直流偏移。在理想狀態下，320 mV的差分輸入生成全1的數據流，濾波后產生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。系統的直流傳遞函數如圖2所示。實測線性度為0.0465%。

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圖3顯示無直流失調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，可產生40 × 5.165 = 207 mV p-p的輸出信號。注意，頻率響應函數中約有10 mV的峰化，相當于大約0.42 dB。

該系統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，請參閱http://www.analog.com/CN0185-DesignSupport。

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