一、先搞懂:通道間隔離度是什么?
通道間隔離度是多通道設(shè)備抑制“通道串擾"和“共模干擾"的能力——簡單說,就是防止一個通道的信號/干擾“串到"其他通道,最終影響測量精度。
它通常用分貝(dB)衡量,數(shù)值越大隔離效果越好(如-80dB比-60dB的隔離能力強100倍),核心關(guān)聯(lián)三個關(guān)鍵參數(shù):串擾衰減、共模抑制比(CMRR)、隔離電壓,三者需結(jié)合判斷,不能只看單一指標。
二、第一步:先算自己要“多高的隔離度"(關(guān)鍵前提)
選型前必須先明確“允許的最大干擾誤差",否則無法判斷參數(shù)是否夠用。重點分析4個維度:
1. 信號本身的特性
信號類型:模擬信號(如mV級傳感器)比數(shù)字信號對隔離度更敏感,微小串擾就會導(dǎo)致大誤差;
信號幅度:采集小信號(如4-20mA電流)需更高隔離度,大信號(如10V電壓)可適當放寬;
信號頻率:高頻信號(kHz/MHz級)易通過電磁耦合串擾,需關(guān)注“對應(yīng)頻率下的隔離度"(低頻隔離好≠高頻好用)。
2. 按測量精度算“最小隔離度"
隔離度不足會產(chǎn)生“串擾誤差",可通過公式快速計算所需最小值:
串擾衰減(dB)= 20×log??(干擾信號幅度 / 允許的最大串擾誤差)
舉個例子:
若你采集4-20mA信號(滿量程16mA),要求精度≤0.2%(允許誤差=16mA×0.2%=0.032mA),且現(xiàn)場最大干擾電流為10mA;
則所需最小隔離度=20×log??(10mA/0.032mA)≈50dB,即設(shè)備串擾衰減需≥-50dB。
3. 看應(yīng)用環(huán)境的“干擾強度"
不同場景的干擾差異極大,直接決定隔離度要求:
工業(yè)現(xiàn)場(電機、變頻器):需隔離度≥-70dB,隔離電壓≥2500Vrms;
醫(yī)療場景(患者監(jiān)護):需符合IEC 60601,隔離電壓≥1500Vrms,串擾衰減≥-80dB;
實驗室高精度測量:僅微弱干擾時,隔離度≥-60dB即可。
4. 滿足行業(yè)“強制安全標準"
部分場景有法規(guī)要求,需優(yōu)先達標(而非只看精度):
行業(yè)場景 核心標準 關(guān)鍵隔離要求
工業(yè)自動化 IEC 61010-1 隔離電壓≥1000Vrms,漏電流≤3.5mA
醫(yī)療設(shè)備 IEC 60601-1 隔離電壓≥1500Vrms,CMRR≥80dB
汽車電子 ISO 16750-2 10kHz下隔離度≥-70dB
三、第二步:看穿datasheet的“參數(shù)陷阱"
廠商參數(shù)需結(jié)合“測試條件"判斷,避免被“理想值"誤導(dǎo),重點盯3類參數(shù):
1. 串擾衰減:重點看“測試頻率"
廠商常標注“某頻率下的串擾值"(如“1kHz時串擾衰減=-80dB"),必須匹配你的信號頻率;
比如你采集10kHz信號,若datasheet只給1kHz的-80dB,需追問廠商10kHz下的實際值(高頻串擾可能惡化到-60dB,直接超標);
區(qū)分“輸入-輸入串擾"(通道間信號串擾,核心關(guān)注)和“輸入-輸出串擾"(次要)。
2. CMRR:看“共模電壓對應(yīng)的數(shù)值"
CMRR是抗“共模干擾"(如接地電位差、電網(wǎng)共模電壓)的能力,公式與串擾類似:
CMRR(dB)= 20×log??(共模信號幅度 / 轉(zhuǎn)換后的差模誤差)
若現(xiàn)場有100V共模電壓,需CMRR≥80dB,才能將誤差控制在100V/10^(80/20)=0.01V(10mV);
注意“直流CMRR"(抗靜態(tài)干擾)和“交流CMRR"(抗50Hz電網(wǎng)等動態(tài)干擾),需同時滿足。
3. 隔離電壓:區(qū)分“峰值"和“有效值(rms)"
2500Vrms"比“3000V峰值"更嚴格(2500Vrms≈3535V峰值),選型時優(yōu)先看rms值;
安全場景(如醫(yī)療、強電)需確保隔離電壓≥行業(yè)標準,否則即使串擾小,也有觸電風險。
四、第三步:選對“隔離類型",避免錯配
不同隔離技術(shù)的特性差異大,先定類型再看參數(shù),否則參數(shù)再高也沒用:
隔離類型 核心優(yōu)勢 局限性 適用場景
光電隔離 隔離電壓高(≥2500Vrms)、抗電磁干擾強 帶寬窄(≤100kHz)、溫漂大 低頻模擬信號(4-20mA)、工業(yè)強電
變壓器隔離 帶寬寬(≤1MHz)、適配交流信號 體積大、隔離電壓中等(≤2000Vrms) 高頻交流信號(音頻、射頻)
電容隔離 體積小、帶寬高(≤100MHz) 隔離電壓低(≤1500Vrms) 高頻數(shù)字信號(SPI、Ethernet)
比如你采集1MHz高頻模擬信號,選光電隔離(帶寬不夠),即使串擾衰減標-80dB,實際也會因帶寬不足導(dǎo)致誤差超標。
五、第四步:實際測試,最終確認
datasheet是“理想值",現(xiàn)場環(huán)境才是試金石,需做3類測試:
1. 串擾測試:一個通道輸入滿量程信號,其他通道接零,測輸出值,若串入信號≤允許誤差,即達標;
2. 共模測試:所有通道接相同共模電壓(如100V AC),測差模誤差,計算CMRR是否≥需求值;
3. 現(xiàn)場測試:在實際場景(如靠近變頻器的車間)長時間運行,觀察數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定無波動。
總結(jié):4步快速判斷流程
1. 算需求:按信號、精度、干擾,算出最小隔離度和隔離電壓;
2. 篩參數(shù):看datasheet,確認“目標頻率下的串擾/CMRR"“隔離電壓"是否達標;
3. 選類型:按信號頻率和場景,選光電/變壓器/電容隔離;
4. 做驗證:通過串擾、共模及現(xiàn)場測試,確認誤差超標。