自己動手，實現隔離

我曾經在工作中遇到過儀器產生異常且不可復制結果的情況。對儀器信號的分析結果表明其受到接地環路所導致的60Hz噪音的影響。這個回路產生于曲折的接地路線——經所在建筑物的電力線路從儀器接到我的數據采集計算機。

幸運的是我可以隔離該儀器的供電以切斷該接地回路。但是不是所有的工程師都這么好運。他們的信號源可能來自直接附著于金屬框或結構的應力儀，熱電偶，或壓力傳感器。另外每個儀器的基線與數據采集系統的基線間的勢差也可以影響測量的準確性或損壞敏感設備。

由于這些信號出現在傳感器的兩個引線，所以他們成為共模電壓，并可以DC或AC兩種形式存在。DC共模信號可來自于補償電壓。而電機，電磁場，拱形接頭等可以在傳感器和測量設備連接中誘發AC共模信號。

工程師常規采用嵌入式系統測量傳感器信號，因此他們需要懂得共模信號對模數轉換器(ADC)的影響。此外，他們還應當懂得如何克服這些影響并保護系統的ADC。但是，對微控制器(MCU)缺乏了解的工程師常常直接將傳感器信號直接與MCU的ADC輸入端連接。這種作法對小型獨立的儀器可行，比如個人胰島素測量單元；但是在辦公室和輕工業的環境下，這種作法就行不通了，對嵌入式系統的ADC輸入需要信號調節。

通常差分輸入前端線路可以減少同相等幅共模信號的影響，如放大器或濾波器。這些線路簡單地從共模信號加簡正信號和中減去共模信號。簡正信號(NMS)代表相應物理量的傳感器信號。

但是差分輸入濾波器或放大器通常只能在較窄電壓范圍內處理共模電壓問題。比如，熱電偶輸入線路僅在共模電壓為幾伏時可以正常工作，僅可容忍信號輸入和接地間小幅壓差。因此，如果你要用嵌入式系統測量信號時，簡單差分放大器所能提供的保護可能不夠，你需要更多的防護。

Dataforth和Intelligent Instrumentation等公司提供的模塊產品，可以在其輸入側連接傳感器，并在其輸出側為ADC和數據采集設備產生隔離的與傳感器等效的信號。這些模塊產品采用光學，磁場，及電容耦合技術來隔離輸入與輸出信號。

為共模信號提供隔離防護可超過1000V，模塊可以保護他們的輸入信號，抵御產生于工業環境中傳感器線路的高壓。(如傳感器導線可能短接供電線路)。

你可以按照你的要求選擇模塊來過濾信號，提供激發或激勵信號。另外，模塊也可提供容納多個模塊的底盤中通道一通道間的隔離。這種能力保證每個傳感器不會受到來自其他受共模信號影響的傳感器的干擾。

如果你沒有足夠的預算購買信號隔離模塊，但是你又必須將傳感器與嵌入式系統隔離，你可以設計自己的隔離線路。可以從Texas Instruments。Analog Devices等公司零售商處購買隔離放大器IC。也可以考慮將ADC移至傳感器處。我曾經用壓頻轉換器(VFC)來驅動光耦合器，該光耦合器將傳感器—VFC線路與計算機隔離。例如Analog Devices AD7742 VFC可提供兩個多路差分輸入通路和單頻輸出。以外部時鐘信號頻率來設置VFC輸出頻率范圍。許多MCU提供可驅動16—bit計數器的輸入，且軟件可讀取和設置該計數器。或者，該MCU可讀取外部添加的計數器。

如果你采取這種方法，請記住VFC執行模數轉換。核對規格如增益誤差，通道—通道隔離和補償誤差以保證VFC提供所需性能。請記住對VFC輸入你仍需要面對一小范圍共模輸入范圍，所以將轉換器靠近傳感器不會完全消除共模信號問題，但是可以有所幫助。