信号隔离器的作用及抗干扰措施

【导读】信号隔离器是一种信号隔离装置，将输入单路或双路电流或电压信号，变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号，并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。

1.信号隔离器的作用

（1）地环流干扰

在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地，例如为了安全，机壳需要接大地;为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。

（2）自然干扰

雷电是一种主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

（3）人为干扰

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt 或 di/dt 能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时,由于导体中的 dv/dt 或 di/dt 会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备(电机、变频器)频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重。

2.解决各种干扰的方法

首先于扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。

第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

第二种方案：使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全做到。

第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题。

3.选型要点

在隔离器选型时除了要确定隔离器的功能、适应前后端接口外，还有精度、输出纹波、温度漂移、功耗、响应时间等许多参数需要用户谨慎选择。

（1）精度

隔离器的精度是非常重要的参数，精度的高低直接关系到隔离器能否正常使用。隔离器的精度体现了隔离器的设计、制造水平。用户在选用时应该选用精度高的产品。

（2）输出纹波

对隔离器精度产生影响的参数还有输出纹波。输出纹波的产生是由于隔离器使用DC/DC电路对隔离器的工作电源进行隔离给隔离器内部电路供电，输入信号也要先使用DC/DC电路调制成交流信号然后经过隔离部分电路进行信号隔离，隔离后的信号经解调后再转换成直流信号输出。以CPU为核心的隔离器也存在脉冲信号。隔离器内部存在的这种高频的交流分量，就是产生输出纹波的原因。这些高频的交流分量它们的频率一般都有几百KHZ、谐波较多，对信号的污染很难完全清除。如果输出纹波较高，控制系统模拟量输入模板采集到信号的误差就大，对于高速输入的模拟量输入模板更是如此。所以选择隔离器时应要求输出纹波的峰-峰值越小越好。顺连电子的各种系列隔离器均采用高效的滤波电路，较好的抑制了输出纹波。用户在选用时应该选用纹波小的产品。

（3）温度漂移

温度漂移是由于隔离器工作时产生热量，导致隔离器内所使用的电子元器件性能指标下降造成隔离器的输出值发生变化。选择隔离器时应要求温度漂移的值越小越好。为了防止温度漂移，帕罗肯隔离器产品进行了低功耗、微功耗设计，使得隔离器工作时本身的发热量很小甚至于不发热，这样就能防止因产品工作时发热引起所使用元器件的性能指标下降，防止造成温度漂移。用户在选用时应该选用温度漂移小的产品。

（4）响应时间

响应时间是指产品的输入量发生变化到产品的输出量正确的将变化量反映的输出上的时间。响应时间越短，就能够越真实的正确反映出输入量的变化，有效的监视和控制生产过程。在选择隔离器时响应时间要求越短越好。用户在选用时应该选用响应时间小的产品。