读取隔离端数字状态无需附加电源

电子系统常常要求其输入电路或输出电路必须与主控回路的进行隔离,比如在医疗产品中，基于安全性考虑，连接到病人身上的输入传感器或激励源必须与后级处理电路隔离,当然需要隔离的应用场合还很多，如采集爆炸现场参数的电路同样需要与后级完全隔离，等等。

在这些应用中,通常需要采集被隔离电路的数字线上的一些状态参数, 传统的办法是采用光耦得以实现.然而采用光耦有许多局限性:首先,它要消耗隔离端电路许多电流,其次转换时间长(或动态响应慢)，再者,随着光发射器老化，其光电转换增益将随时间减小。

采用图1所示电路能完全复制隔离端电路数字状态且不需要给隔离电路附加电源，同时主回路消耗的电流也不多。其工作原理其实很简单，它主要靠检测单匝微型变压器(1:1)次级绕组负载电阻的阻值大小得以实现。MOSTFET完全导通时，RDSON呈现为低阻;MOSFET断开时，RDSON为高阻(理论上为无穷大)，该电路的响应速度很快，只有几十ns。

如图1，2所示，MOSFET驱动器(IC1)和RC电路构成脉冲前沿触发电路，它们一起对送来的采样时钟前沿锁定，并为后级电路提供驱动。IC1(MAX5048)输出的5V脉冲施加到由两个微型变压器初级绕组构成的2:1电感分压网络，而该分压网络中点被连接到超快速比较器(IC3)的反相输入端。

假定此时DATA_IN上的数据为0(低电平)，则MOSFET处于断开状态,因此T2次级开路。根据分压电路，IC3反相端输入脉冲幅度为2.5V，因此使得其内部输出低电平。同时，IC2的两个门电路产生一个短脉冲送到比较器IC3(MAX913)的使能锁存端把低电平状态锁存到比较器外部输出端，因此得到与DATA_IN一样的状态。

相反，假定DATA_IN此刻为高电平，则MOSFET导通，使得RDSON为低阻状态，结果导致IC3反相输入端的脉冲幅度大大减小，低于其同相输入端电压，因此使能锁存端脉冲使得比较器输出高电平，再次得到与DATA_IN状态一致的结果。

图1中的变压器T1，T2磁芯采用了很普通的铁氧体磁珠(##2673000101)，3毫米长，直径为3.3毫米，T1，T2初级，次级绕组都只有一匝。为了减小寄生电感，T2与MOSFET之间的连线应该尽可能地短。因为变压器的击穿电压与隔离坝采用的绝缘材料及PCB板材有关, 例如,采用聚乙烯或聚亚酸胺绝缘材料，可使隔离坝承受数千伏特的电压(变压器的磁芯属于导电体)。

如果仔细绕制变压器,整个电路对外的电容大小主要由T2的匝间电容决定。当采用上述磁芯，及24号聚乙烯绝缘漆包线,T2的匝间电容会小于0.2pF.其结果使得从采样时钟前沿到DATA_OUT(见图2)延迟时间只有大约20ns。