一、先搞懂:通道间隔离度是什么?
通道间隔离度是多通道设备抑制“通道串扰"和“共模干扰"的能力——简单说,就是防止一个通道的信号/干扰“串到"其他通道,最终影响测量精度。
它通常用分贝(dB)衡量,数值越大隔离效果越好(如-80dB比-60dB的隔离能力强100倍),核心关联三个关键参数:串扰衰减、共模抑制比(CMRR)、隔离电压,三者需结合判断,不能只看单一指标。
二、第一步:先算自己要“多高的隔离度"(关键前提)
选型前必须先明确“允许的最大干扰误差",否则无法判断参数是否够用。重点分析4个维度:
1. 信号本身的特性
信号类型:模拟信号(如mV级传感器)比数字信号对隔离度更敏感,微小串扰就会导致大误差;
信号幅度:采集小信号(如4-20mA电流)需更高隔离度,大信号(如10V电压)可适当放宽;
信号频率:高频信号(kHz/MHz级)易通过电磁耦合串扰,需关注“对应频率下的隔离度"(低频隔离好≠高频好用)。
2. 按测量精度算“最小隔离度"
隔离度不足会产生“串扰误差",可通过公式快速计算所需最小值:
串扰衰减(dB)= 20×log₁₀(干扰信号幅度 / 允许的最大串扰误差)
举个例子:
若你采集4-20mA信号(满量程16mA),要求精度≤0.2%(允许误差=16mA×0.2%=0.032mA),且现场最大干扰电流为10mA;
则所需最小隔离度=20×log₁₀(10mA/0.032mA)≈50dB,即设备串扰衰减需≥-50dB。
3. 看应用环境的“干扰强度"
不同场景的干扰差异极大,直接决定隔离度要求:
工业现场(电机、变频器):需隔离度≥-70dB,隔离电压≥2500Vrms;
医疗场景(患者监护):需符合IEC 60601,隔离电压≥1500Vrms,串扰衰减≥-80dB;
实验室高精度测量:仅微弱干扰时,隔离度≥-60dB即可。
4. 满足行业“强制安全标准"
部分场景有法规要求,需优先达标(而非只看精度):
行业场景 核心标准 关键隔离要求
工业自动化 IEC 61010-1 隔离电压≥1000Vrms,漏电流≤3.5mA
医疗设备 IEC 60601-1 隔离电压≥1500Vrms,CMRR≥80dB
汽车电子 ISO 16750-2 10kHz下隔离度≥-70dB
三、第二步:看穿datasheet的“参数陷阱"
厂商参数需结合“测试条件"判断,避免被“理想值"误导,重点盯3类参数:
1. 串扰衰减:重点看“测试频率"
厂商常标注“某频率下的串扰值"(如“1kHz时串扰衰减=-80dB"),必须匹配你的信号频率;
比如你采集10kHz信号,若datasheet只给1kHz的-80dB,需追问厂商10kHz下的实际值(高频串扰可能恶化到-60dB,直接超标);
区分“输入-输入串扰"(通道间信号串扰,核心关注)和“输入-输出串扰"(次要)。
2. CMRR:看“共模电压对应的数值"
CMRR是抗“共模干扰"(如接地电位差、电网共模电压)的能力,公式与串扰类似:
CMRR(dB)= 20×log₁₀(共模信号幅度 / 转换后的差模误差)
若现场有100V共模电压,需CMRR≥80dB,才能将误差控制在100V/10^(80/20)=0.01V(10mV);
注意“直流CMRR"(抗静态干扰)和“交流CMRR"(抗50Hz电网等动态干扰),需同时满足。
3. 隔离电压:区分“峰值"和“有效值(rms)"
2500Vrms"比“3000V峰值"更严格(2500Vrms≈3535V峰值),选型时优先看rms值;
安全场景(如医疗、强电)需确保隔离电压≥行业标准,否则即使串扰小,也有触电风险。
四、第三步:选对“隔离类型",避免错配
不同隔离技术的特性差异大,先定类型再看参数,否则参数再高也没用:
隔离类型 核心优势 局限性 适用场景
光电隔离 隔离电压高(≥2500Vrms)、抗电磁干扰强 带宽窄(≤100kHz)、温漂大 低频模拟信号(4-20mA)、工业强电
变压器隔离 带宽宽(≤1MHz)、适配交流信号 体积大、隔离电压中等(≤2000Vrms) 高频交流信号(音频、射频)
电容隔离 体积小、带宽高(≤100MHz) 隔离电压低(≤1500Vrms) 高频数字信号(SPI、Ethernet)
比如你采集1MHz高频模拟信号,选光电隔离(带宽不够),即使串扰衰减标-80dB,实际也会因带宽不足导致误差超标。
五、第四步:实际测试,最终确认
datasheet是“理想值",现场环境才是试金石,需做3类测试:
1. 串扰测试:一个通道输入满量程信号,其他通道接零,测输出值,若串入信号≤允许误差,即达标;
2. 共模测试:所有通道接相同共模电压(如100V AC),测差模误差,计算CMRR是否≥需求值;
3. 现场测试:在实际场景(如靠近变频器的车间)长时间运行,观察数据是否稳定无波动。
总结:4步快速判断流程
1. 算需求:按信号、精度、干扰,算出最小隔离度和隔离电压;
2. 筛参数:看datasheet,确认“目标频率下的串扰/CMRR"“隔离电压"是否达标;
3. 选类型:按信号频率和场景,选光电/变压器/电容隔离;
4. 做验证:通过串扰、共模及现场测试,确认误差超标。