当使用热电偶测量电机温度时，会产生毫伏级电压。如果这些电压通过几米长的电缆传输到参考不同地电位的中央控制单元，测量信号会因电位差而失真。
如果我们总结上述现象，就会出现以下四个挑战：
危险电压与用户之间的安全屏障
空间电路之间的接地环路分离
化共模干扰
无干扰的数据传输
图 1 以图形方式显示了数据传输系统的情况。为了满足屏蔽用户危险电压的要求，同时保证无干扰的数据传输，必须实施电流隔离，以电气方式（即在电位方面）分离各个区域，以便它们可以独立工作，从而不受干扰。数据流通过数字隔离器运行。但是，电流隔离可以防止干扰和电位均衡电流。
用于分离不同电位的孤立系统的基本概念。
图 1：分离不同电位的隔离系统的基本概念
电池电压的隔离测量
物理参数的分散记录是目前的技术。然而，记录物体上的数据通常是一个挑战，而且无线传输数据通常是不可能的。必须以这样的方式将数据记录在物体上，即探头不会影响要测量的变量；否则，就会出现测量误差。这需要电气去耦，必须在电路中实现。此外，数据的有线传输必须是无电位和对称的，这样传输就不会受到电磁耦合和接地环路的干扰。在这个应用中，我们刻意避免使用微控制器，以证明使用模拟电路技术可以轻松实现强大、无干扰的设计。
该设计分为两个电路：发射器和接收器。传感器可以检测±30 V的直流电压，波动周期为一秒。电流消耗已被化，在15 V电源的情况下，发射器的电流<85 mA，接收器的电流<25 mA。发射器和接收器都是电气隔离的——发射器位于测量数据采集和信号传输路径之间，接收器位于信号传输路径和数据输出之间。电路中使用了具有电流隔离和极低寄生耦合电容的特殊DC/DC电源模块和数字隔离器来实现这种隔离。信号通过双线电缆在发射器和接收器之间传输。根据电磁环境的影响，距离可以达到几百米。
发射机电路设计
图2显示了发射器的框图。该电路分为六个块：
探头：带有分压器和放大器的测量传感器，用于测量正负极性 (1)
电平转换器：电压频率转换器的电平转换器（2）
电压频率转换器：数字输出信号，频率取决于输入电压 (3)
数字隔离器：测量电位和接口之间的电气隔离 (4)
接口缓冲器：带平衡输出的低阻抗线路驱动器 (5)
电源：DC/DC 转换器，探头部分电气隔离转换器 (6)
为了确保功能可靠性，探头侧和驱动器输出端都提供了瞬态保护和滤波措施；DC/DC 电源模块之前和之后还提供低通滤波器，以有效衰减射频耦合。
无电位电压测量发射器的框图。
图 2：无电位电压测量变送器框图
接收电路设计
图3显示了接收器的框图。该电路分为五个块：
输入缓冲器：信号拾取，平衡输入的信号调节。链路检测器指示与发射器 (1) 之间是否有可检测的连接。
数字隔离器：输入信号与二次信号处理/输出接口之间的电气隔离。输入侧缓冲器的附加电气隔离电压（2）。
频率-电压转换器：从数字信号生成输出电压。电压水平取决于输入信号的频率 (3)。
带极性显示的接口缓冲器：输出信号的电平转换器。输出信号具有正极性，极性指示器显示输入信号的极性（4）。
电源：二次电源采用DC/DC转换器（5）。
接收器部分还提供了许多 EMC 措施。来自双绞线电缆的信号输入配备瞬态保护和共模滤波器，以有效衰减来自电缆的干扰。DC /DC 转换器周围的电源在输入和输出侧均配备低通滤波器，以显著降低由 DC/DC 转换器的开关操作引起的来自电路外部和内部的电磁干扰。这确保了高信噪比和高水平的功能可靠性。
无电位电压测量接收器的框图。
图3：无电位电压测量接收器框图
电容式数字隔离器
Würth Elektronik 1,2的数字隔离器由初级侧的振荡器和调制器组成。次级侧上有一个解调器和一个信号缓冲器。初级侧上的组件通过电容结构与次级侧上的组件电气隔离，该电容结构具有由 SiO 2制成的隔离屏障。信号通过称为开关键控 (OOK) 的调制过程传输到隔离屏障上。集成在芯片中的振荡器用于调制输入信号，该信号通过施密特触发器运行。调制器生成差分信号，该信号通过电容绝缘线传输。
数字隔离器领域已确立两种通信结构：基于边缘和 OOK。原则上，它们可视为等效方法。但是，根据应用要求，两种架构之间的差异可能会影响决策。
采用基于边沿的架构，一旦激活数据信号，输入和输出状态就不再被采样。如果发生电源故障或数据信号故障，这种行为可能会导致错误。因此，基于边沿的方法需要集成刷新电路，以限度地降低这些条件下出现错误的风险，并在输出端放大输入状态。
使用 OOK 时，输入变量会通过隔离屏障连续采样和传输。由于输入连续采样，因此如果电源或输入信号发生意外变化，输出中不会出现任何错误。使用 OOK 时，不需要像基于边缘的电路那样使用额外的刷新电路。
因此，两种方法之间的个区别是能耗。基于边缘的架构能耗较低，因为它仅采样，而 OOK 则需要能耗。
第二个区别点是，OOK 调制方案在噪声和瞬态行为方面具有固有优势，具有更高的 CMTI，并且由于连续采样而具有更高数据速率的额外优势。
总结：
基于边缘的架构：更少的损失和更低的数据速率
开关键控：故障安全行为、改进的 CMTI 和更强大的噪声行为
图 4 显示了电路块。解调器位于隔离器的次级侧，执行输入信号的放大、滤波和重构功能。信号延迟和信号失真被化。，缓冲器将信号从解调器输出路由到总输出，缓冲器将信号放大到所需的水平。
图 4：Würth Elektronik 数字隔离器 CDIS 18012x15411x 的框图
安全！在紧急情况下，数字隔离器应保护人们免受危险电压的伤害。
因此，它们必须满足的安全性和耐用性要求。Würth Elektronik 的 CDIP 和 CDIS 系列数字隔离器已根据、严格的标准 DIN EN IEC 60747-17 (VDE 0884-17):2021-10“用于基本绝缘和加强绝缘的磁和电容耦合器”获得德国 VDE （见表 1）。
范围IEC 60747-17 (VDE 0884-17)
基本隔离增强隔离
包裹SOIC-8NBSOIC-16WB
V IOSM（浪涌隔离电压）5,000 V峰值7,070 伏峰值
测试V测试= 1.3 × V IOSM
V测试= 6.5 kVV测试= 1.6 × V IOSM
V测试= 11.3 kV
整个生命周期内的故障率≤1,000 ppm≤1 ppm
表 1：IEC 60747-17 (VDE 0884-17)
但是“基础”和“强化”这两个术语对于人身安全意味着什么呢？标准本身只给出了一个相当抽象的定义——参见 IEC 60747-17:202X：
何时选择基本隔离或强化隔离？简而言之，“单一故障条件”和“正常运行条件”这两点在这里很重要。强化绝缘即使在正常运行中的单一故障条件下也能保证防触电。基本绝缘仅在正常运行下有效，即不考虑单一故障。
线性传输特性
图 5 显示了测量电压与输出端显示的电压之间的关系。传输特性在从 -30 V 到 30 V 的整个输入电压范围内几乎呈线性。因此，所示设计由通过双绞线连接的发射器和接收器 PCB 组成，是电气隔离数据采集和传输的合适解决方案。
从发射器输入到接收器输出的传输特性在 -30 V 至 30 V 的整个输入电压范围内几乎是线性的。
图 5：从发射器输入到接收器输出的传输特性在 -30 V 至 30 V 的整个输入电压范围内几乎呈线性。
