半导体双通道数字信号光耦隔离原理设计

隔离器是一种采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出。输入，输出和工作电源三者相互隔离，特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器又名信号隔离器，是工业控制系统中重要组成部分。

系统产生干扰的原因

隔离器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，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、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信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。

解决“接地环路”的方法根据理论和实践分析，有三种解决方案：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。

功能：

BM100系列信号隔离器可以对电流、电压等电量参数或温度、电阻等非电量参数进行快速精确测量，经隔离转换成标准的模拟信号输出。既可以直接与指针表、数显表相接，也可以与自控仪表(如PLC)、各种A/D转换器以及计算机系统等设备配接。

应用范围：

应用于电力、铁路、水处理、造纸、化工、食品、仓储等行业的自动化系统中。

订货范例：

具体型号：BM100-DI/I-C12

技术要求：输入1路DC 4-20mA;输出2路DC 4-20mA;准确级0.2级。

通讯协议：无

辅助电源：DC24V

信号隔离器的主要作用有消除信号干扰、信号转换和信号分配的功能。消除信号干扰主要是消除接地环路的影响，通常两种仪表接地会存在电势差，从而造成信号的干扰。这时就需要加一个信号隔离器，来切断串模干扰。

信号隔离器的第一个作用，就是消除高频电磁干扰，控制柜周围会有大功率的电源，变频器和电机频繁启动，也会造成信号的不稳，这时就需要加一个隔离器。

因为隔离器的输入输出和电源是三端隔离的，来保护后端的DCS和PLC等设备，所以说隔离器它也是一个保护性的仪表。

第二个作用：信号转换，主要是解决信号的不匹配问题，若2个仪表需要关联但信号又不匹配，则需要加个信号隔离器起到转换功能，如将0-10V转换成4-20mA，或将4-20mA转成0-5V，或将微弱的mV信号转成标准的4-20mA可以远距离传输，也有的将位移的电阻信号转成4-20mA信号等等，这都是解决信号不匹配的问题。

第三个作用就是信号分配功能在某些场合需要将一个信号传输到不同的控制系统DCS和显示器，这时就需要加一个信号隔离器，起到分配功能，如一入二出，一入三出，一入四出。

此外，信号隔离器还有三个不太常见的功能：

① 给现场的变送器和传感器提供供电电源，这时就起到配电作用。

② 解决信号电源的冲突，这时也需要加一个隔离器。

③ 解决非线性信号的线性化处理，主要就是温度变送器(热电阻温度变送器、热电偶温度变送器)。

无源信号隔离器的三种形式，信号隔离器可分为有源信号隔离器和无源信号隔离器。下面主要讲述无源信号隔离器。

1.输入端回路供电隔离型(PA-0133)

对于这种隔离技术，输入输出组件线路所需的电能均来自于输入端，输入端是以回路供电的方式提供电能，回路电流通常是4～20mA标准信号，在此作为输入信号(例如，PLC输出卡)，输入信号经隔离后通过输出端提供给执行器或调节器。回路供电隔离器无需附加辅助电源，使用方便。

2.输出端回路供电隔离型(PA-0371)

对于这种隔离技术，输入输出组件线路所需的电能均来自与输出端，输出端是以回路供电的方式获得电能(例如，PLC输入卡)，回路电流通常是4～20mA标准信号，在此作为输出信号。

输入端可以是各种传感器的信号，也可以是4～20mA标准信号。这种技术的重要特点是流向输出端的信号电流不仅要向隔离单元供电，而且它还要供给隔离器的负载。(例如PLC输入卡的输入电阻)。

3.输出回路供电隔离，并对输入配电型对于这种隔离技术，输入输出组件线路所需的电能均来自输出端，输出端是以回路供电的方式获得电能(例如，PLC输入卡)，回路电流通常是4~20mA标准信号，在此作为输出信号。

此外，输入端还需要从输出端获得电能作为辅助电源，即为配电电压，该电压供各种变送器使用，变送器输出电流就是隔离器的输入电流。

这种隔离方式的隔离器很方便用于变送器与PLC或DCS之间的隔离。采用回路供电的PLC或DCS输入卡就不需要另外的辅助电源。