线性光耦原理及电路设计的详细介绍

简介：
光隔离作为一种常见的信号隔离方式，在工程应用中具有重要价值。基于典型的光耦器件及辅助电路结构，构建起完整的隔离系统。在数字隔离电路或数据传输电路领域，该技术方案得到了广泛应用，例如$UART$协议的标准配置包含一个20mA的电流环。然而，在模拟信号处理方面面临诸多限制因素：首先，由于光耦输入输出特性线性度较差，并且对温度敏感度较高，难以满足高精度要求；其次，在高频交流信号隔离任务中表现优异，但对支流信号却效果欠佳。针对这些局限性，部分制造商提供了一系列解决方案，例如ADI公司的AD202隔离放大器，其特点是能够在直流至几千赫兹频率范围内保持极高的线性度（仅0.025%）。然而该产品内部采用了电压-频率转换机制，并通过变压器实现信号隔离，在反馈过程中再完成频率-电压转换以达到整体隔离效果。值得注意的是，集成式隔离放大器虽然性能优越，但其体积庞大、成本高昂，因此并不适合大规模应用。针对模拟信号隔离需求，线性光耦方案提供了一种较为理想的解决方案：与传统光耦相比，该方法通过增加一个反馈接收电路进行优化设计，在保证两路非线性特性一致的前提下，利用反馈通路的非线性特性抵消主通道中的非线性影响，从而实现了高度线性的隔离效果。市场上的线性光耦芯片种类丰富，用户可根据实际需求选择HCNR200201、TI子公司的TIL300或CLARE公司的LOC111等型号进行应用。以下将详细阐述HCNR200201的具体工作原理及应用特性。