关键词：频率响应  高频响  低频响  带宽  模拟信号  模拟量  隔离放大器  隔离变送器  干扰拟制
    概述：工业现场传感器与PLC/FCS/DCS、仪器仪表之间输入输出的模拟信号隔离放大器（亦称模拟量隔离变送器）属于模拟信号调理的范畴。模拟信号隔离放大器能有效保护各级控制回路，消除或减弱环境噪声对测试电路的影响，抑制公共接地、变频器、电磁阀及浪涌脉冲对设备的干扰，同时对下级设备具有信号限压、扼流的功能。是变送器、仪器仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入输出及其通讯接口的可靠防护器件。对于有些环境恶劣的工业现场，控制系统错综复杂，高温、震动、潮湿和干扰信号并存，所以通过隔离放大器将输入输出模拟信号进行放大、转换、远传且各系统回路完全隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。
    所谓带宽（band width）又叫频宽 <是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，带宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备仪器中，带宽通常以每秒传送周期或赫兹 (Hz)来表示。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围
    频率响应 简称频响，在电子学上用来描述一台仪器仪表、PLC等设备对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。
    带宽指标的测试方法如下，在输入端加上一个频率可调的正弦波模拟信号，输出端可以稳定跟随输入端信号的频率范围就是带宽。工业信号隔离放大器带宽指标的工程意义是什么呢？在应用当中我们如何理解“带宽”呢?带宽指标反映了隔离放大器对输入信号变化的响应速度。带宽越大，隔离放大器对信号变化的响应速度越快；带宽越小，说明隔离放大器对输入信号瞬间变化反应不敏感，在某些场合也就意味着抗干能力较强。
    隔离放大器和隔离变送器的工作原理是首先将传感器、仪器仪表、PLC等发送与接收的标准信号或温度、位移、频率、转速等专用信号通过半导体器件进行调制，再由光感或磁感器件进行隔离转换变送，然后进行解调还原成、线性度一致的原有信号或变换成其它信号，同时对隔离前后信号的工作电源进行隔离处理，以保证信号输入、信号输出与辅助电源即变换前后的信号、电源、地之间三隔离。模拟信号隔离放大器和隔离变送器属于工业仪器仪表与传感器分类中的一种器件，其主要功能是模拟量的隔离、放大、转换及变送，因而就必然有信号带宽和频率响应这个基本的技术指标。
    工业现场信号传输干扰处理参考方案（变频器抗EMC干扰专用隔离放大器）：
    工业现场有变频控制设备、大功率电磁起动设备、GPS高频信号无线收发装置等存在EMC干扰源的系统，需要针对不同的干扰源及系统控制信号的特性来分析确定干扰信号处理解决方案。
    1、传感器输出模拟信号上的干扰
    在传感器输出端加装ISO系列模拟信号隔离放大器可以有效解决模拟信号传输过程中的衰减和EMC干扰，增强显示控制系统的稳定性和可靠性。用于变频器抗EMC干扰的模拟信号隔离放大器：ISO EM U-P-O-M系列，是在IC内部加装输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰谐波吸收电路，增强抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能。特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动、GPS高频信号无线收发装置的场合。
    2、高频信号辐射的空间干扰
    将各控制系统、设备分别加装金属屏蔽盒（不同频率段使用的金属成分不同)并将外壳可靠接地，信号通讯传输线路采用双绞屏蔽电缆。
    3、RS232/RS485的远程通讯线路干扰
    在RS232/RS485通讯接口上加装DC-DC隔离模块电源，将通讯供电电源与其它电源直接隔离开来。信号通讯传输线路也要采用双绞屏蔽电缆(屏蔽层接地）。
    4、系统供电电源电路中的干扰
    现场有大电流晶闸管、变频控制设备、大功率电磁起动装置的，对电源系统的供电参数会产生畸变影响。通过电源电路，干扰信号会进入到现场的各个控制装置。因此，首先要确定现场的各个装置接地良好，各装置的供电电源要加装与其相匹配的电源滤波器（低通EMI滤波器或抑制电抗器）。
    隔离放大器应用方案：现场模拟信号带宽与隔离变送器频响匹配技术
    模拟信号隔离放大器隔离变送器的带宽与频响工业现场技术指标选型应用参考：
    1、模拟信号在变化频率缓慢（<50Hz）的场合（如测量温度、压力、位移、流量等），可选用带宽较小、低频响的隔离放大器：ISO EM U(A)-P-O-M系列产品(M：表示低频响)。 所以在变频器控制系统中，为抑制和隔离EMC干扰，常选用：ISO EM U-P-O-M系列的隔离放大器。
    2、模拟信号在变化频率高（>2KHz）的场合（如测量转速、调节高速电子开关、开关电源的PWM控制等），为保障采集数据的完整和可靠，常选用高带宽、高低频响的隔离放大器：ISO EM U(A)-P-O-H系列产品
    (H：表示高频响)。
    3、高频与低频响环境以外的大多数系统都选择常规频响（2K）产品：ISO EM A-P-O或ISO EM U-P-O系列。
    4、对现场环境有强磁空间干扰（高频电磁大电流负载）场合可选用光电隔离放大器：ISO U(A)-P-O-M系列。
    ISO EM系列隔离放大器相关产品现场匹配、应用选型技术资料参考：
    1、 隔离放大器应用方案：现场模拟信号带宽与隔离变送器频响匹配技术
    2、 IC封装隔离放大器隔离变送器信号与电源部分外接保护电路图
    3、 ISO mV系列：毫伏级模拟微小信号专用隔离放大器IC
    4、 ISO EM U(A)-P-O-T系列：零点、增益可调型模拟量隔离放大器隔离变送器
    5、 ISO EM A(U)-P-O-S系列：输入端配电型隔离变送器IC
    6、 ISO EM U(A)-P-O-SD 系列：零点增益可调节的输入配电型隔离变送器IC
    7、 ISO EM-U(A)-P-O-O系列：1进2出低成本小体积IC封装的模拟量隔离变送器隔离放大器
    8、 ISO EM A-P-O系列：0-?0V双向直流（电压/电流）信号隔离放大器隔离变送器IC
    9、 DIN3 ISOEM U-P-O(A-P-O)系列：单路DIN35导轨安装低成本小体积隔离变送器
    10、DIN 1X2 ISOEM U(A)-P-O系列：一进二出DIN35导轨安装隔离变送器
    11、DIN 2X2 ISOEM U(A)-P-O系列：二进二出DIN35导轨安装隔离变送器
    12、DIN 1X3 ISOEM U(A)-P-O系列：一进三出DIN35导轨安装隔离变送器
    13、ISO EMH 4-20mA系列：轨道电压监测专用高隔离安全栅
    14、ISO F-P-O系列：频率信号(FV/ FI转换)隔离变换器IC
    15、ISO U(A)-P-F系列：模拟信号转频率脉冲信号（V/F）隔离变送器IC
    16、ISO EM RMS-P-O系列：模拟量真有效值（AC+DC RMS）测量放大及隔离变送器
    ISO EM 系列隔离放大器隔离变送器IC，典型应用图：

    零点、增益可调节型隔离放大器隔离变送器IC，ISO EM-T 系列典型应用图：

    输入端隔离配电型隔离放大器隔离变送器IC，ISO EM-S  系列典型应用图：

    解决方案举例：隔离放大器在工业现场实际运用中，我们根据多年的生产经验及广大用户现场使用中遇到的一些问题反馈，通过学习与技术交流总结记录了一些解决问题的方法。
    实例1： 在模拟信号变化频率较高的高速自控系统中选用带宽高的隔离放大器(H：表示高频响)。

    某电镀厂在使用PLC输出的多路0-10V模拟信号去控制电镀开关电源PWM电路时出现相互干扰，采用隔离放大器将各控制回路进行隔离。由于控制信号带宽高，对隔离放大器频响也要求较高。用户刚开始对现场信号的带宽不了解，选用的隔离放大器为DIN 35导轨安装二进二出：DIN 2X2 ISO U2-P1-O5常规产品，频响典型值1KHz。由于信号带宽与隔离放大器的频响不匹配，安装到现场使用时信号衰减很大，无法正常控制电镀开关电源，客户认为隔离放大器质量有问题。经技术交流，客户测得现场信号频率较高（>2KHz），确认后更换成高频响模拟信号隔离放大器：DIN 2X2 ISO U2-P1-O5-H产品，频响典型值10KHz。干扰故障排除，控制系统正常工作。
    实例2： 在大型变频启动及空间干扰较强的场合采用选用频响低的隔离放大器(M：表示低频响)。

    某大型水泵控制室自动控制系统监控多路水流量和压力等。由于采用了变频器装置，在其中有水泵停机或启动时，监控数据受到干扰跳动或显示错误信息。于是客户安装ISO A4-P2-O1（4-20mA隔离放大器）常规产品，但效果不理想，监控数据时有跳动现象。与客户信息交流后了解到，传感器检测的实时性要求不高，测量值为温度、流量、压力等缓变的信号，应该选用带宽指标小的信号隔离放大器。更换成：ISO A4-P2-O1-M后故障彻底排除。
    电压信号ISO U-P-O-M系列和电流信号ISO A-P-O-M系列低频响信号隔离放大器IC，内部设计了输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰吸收电路，抑制干扰的能力较强，抑制干扰的频段较宽。低频响信号隔离放大器的响应时间小于100ms，带宽设计小于50HZ。不但能够抑制线路中的高频干扰，对50Hz的工频干扰也同样有抑制作用。这些较强的抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能，特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动装置、GPS高频信号无线收发装置的场合。
    实例3：用4-20mA电流环路隔离器将控制系统与执行机构的接口隔离来抑制相互间干扰。

    某公司控制系统中PLC的模拟量输出模块发出一路4-20mA电流信号接至变频器，运行时变频器竟然不启动。疑似模拟量输出模块问题，用万用表测量模拟量输出模块输出端的4-20mA信号正常。怀疑是变频器控制信号输入端有了问题，换了一台同型号变频器故障依旧。直接用信号发生器做4-20mA信号源输出至变频器，这时变频器启动了。排除模拟量输出板卡和变频器故障，推测是变频器信号传导至模拟量通道，干扰模拟量输出模块输出的4-20mA信号。为验证推测是否正确，在模拟量4-20mA输出通道中加装隔离放大器：ISO 4-20mA；上电运行，变频器正常启动了。
    实例4：多通道模拟量输入之间相互隔离及AD隔离转换输出。

    某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过AD变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离（信号的输入/输出隔离了），它的八个通道输入之间没有隔离（信号输入端共地）。在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常，但是同时输入两个或多个外部信号时，显示数字出现无规则跳动故障，由此引起的问题在现场调试和运行中反复出现。客户在每个模拟量输入通道之间安装无源信号隔离放大器：ISO 4-20mA，干扰消失。可见，合理的使用模拟信号隔离放大器，可以有效消除变频器对PLC模拟量输入通道的干扰及接地环路的干扰等问题，增强系统运行的可靠性。