要从极端和通常危险的环境里取得高质量模拟信号并保护作业员安全是件困难的工作。本文除了介绍如何在危险环境里利用光耦合器或创新的数字隔离元器件技术获取模拟信号的各种方法外，还将探讨高传真音频与视频系统对于高速隔离元器件的需求。
工厂环境不仅吵杂，经常还有危险性。然而为了确保控制系统及其作业员的安全，我们仍须取得温度、压力、流速和气体浓度等重要模拟信息。如图1所示，多种调变技术可用来将模拟信号编码，然后再穿越隔离层传送出去。编码信号通过隔离层后，就由滤波器或解调器根据它来重建模拟信号。这类系统可直接驱动安全关机电路，并在某个参数超出预设临界值时自动关闭系统。反应时间对于这些系统很重要，它通常是由隔离元器件的延迟时间所决定。
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如图2所示，音频、视频和马达控制等许多系统也会使用隔离元器件，只不过它们通常是用隔离元器件将接地回路减至最短以增强系统数据传输的完整性。这些系统多半使用8或16位高分辨率（高传真音频系统使用24位）的模拟到数字转换器或者吞吐量为100ksps到数个Msps的数字到模拟转换器。设计人员则会根据目标系统的质量要求和预算限制来选择这些模拟数字转换器和
数字模拟转换器。举例来说，典型音频系统的DSP必须从光盘读取数字内容，然后处理这些信息以便加入适当音效 (2、4或8声道音频)，最后再将处理完成的位串流送到音频数字模拟转换器 (图1的滤波器/解调器)。数字模拟转换器输出的模拟信号接着会送到扬声器，重新产生使用者想听的声音。如前所述，许多音频系统 (尤其是24位高传真系统) 喜欢将DSP电路的接地面与电源 (扬声器) 的接地面隔离。这项技术是用来将接地回路的拾取信号减至最少，进而降低背景噪声和嗡嗡声。
音频与视频系统也需要高速和延迟时间最小的隔离数据传输以确保原始音频或视频内容能够忠实再生。音频系统通常使用48ksps模拟数字转换器，视频系统则需要数据速率更高的转换器，它们多半是速率1Msps~10Msps的数据转换器。我们需要140Mbps隔离元器件才能将序列编码的14位、10Msps数据串流传送通过隔离层，这只有现代数字隔离元器件才能做到。
光耦合器与数字隔离元器件的比较
光耦合器和数字隔离元器件都能用于隔离和提供一条跨越隔离层的通讯链路。这两种技术都有其各自优点。
光耦合器
光耦合器是能够跨越隔离层传输信号的一种装置，主要由光发射器和光侦测器组成 (参考图3)。这两种元器件通常会整合到同一个封装，但它们之间除了光束之外不会有任何电气或实体连接。光发射器大都是发光二极管，光侦测器的种类比较多，但多半由光电二极管或光敏晶体管担任。
光耦合器多年来都是本质安全型系统 (intrinsically safe system) 的主要隔离元器件。模拟光耦合器可将模拟信号传送通过隔离层，这些光耦合器只要传输速率在100kbps以下就具有成本相对较低的优势。不幸的是，光耦合器会占用很大的空间 (每个封装通常只能提供一个通道，还需要多颗分立元器件支持)，数据产出也相当有限 (最多仅数十个Mbps)。更糟的是，光耦合器需要多颗分立元器件与它搭配，其效能还会随着环境温度的增加而下降。
随着系统温度升高，光耦合器的驱动电流需求在许多情形下会增加一倍，这是因为电流传送比 (CTR，代表输入信号传送到输出端的比值) 会随着温度从25℃升高至100℃而减少六成。这会增加光耦合器驱动电流和系统散热需求。这种温度变化在马达控制应用中极为常见。光耦合器虽然受到许多限制，但它们通常都能提供3kV的电压隔离能力，耗电量则只有数百毫瓦。
数字耦合元器件
数字隔离元器件的操作方式与光耦合器很类似，只不过调变对象是射频载波而不是光。这种简单架构不需任何特殊考虑或启动时的初始设定就能提供可靠的隔离数据路径。图4所示即为Silicon Laboratories单信道Si8440隔离元器件的简单方块图，其中每个通道都是由射频传送器与接收器以及做为隔离元器件的变压器所组成。传送器会通过开启/关闭的键控方式对射频振荡器提供给输入端A的载波信号进行调变，再将所得到的波形送到变压器初级端。接收器则包含一个解调器，它会根据射频信号的能量内容对输入状态进行译码，然后通过输出驱动器将结果送到输出端B。
数字隔离元器件提供单向、高灵敏度、稳定和可重复的切换点，它会使用标准CMOS芯片级技术制造内部变压器以便利用氧化硅提供电气隔离。射频耦合器高达150Mbps的峰值数据速率比传统光耦合器的速率超过10倍以上。另外，射频耦合器采用的CMOS技术还能继续升级以支持未来更高数据产出。
射频耦合器的瞬时耐受性超过30kV/ms，光耦合器只有10kv/ms。它们还提供2500VRMS的电气隔离能力。射频耦合