线性光耦HCNR200中文数据手册

HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。

相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。

电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。

为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。

进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。

在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。

1前言通常隔离放大器都具有极好的抗共模干扰能力，还可有效阻断现场和数据采集系统之间的电联系，但并不切断它们之间的信号传递，在通信、工业、医疗器材、电源及测试装置等系统之中，电路的隔离是必要的，传统的实现的隔离都是由变压器及光耦合元件完成的，其中变压器用于耦合交流信号；而光耦合器则用于直流信号的耦合。

与一般的光耦合元件不同，LOC11X 光耦合器可工作在伺服模式，并能用以补偿发光二极管的非线性时间及温度特性，除此之外，LOC11X 光耦合器还能同时耦合交流及直流信号，为设计者提供了可取代大体积变压器及非线性光耦合元件的更佳选择。

2结构原理LOC11X光耦合器有LOC110、LOC111和LOC112三种型号，其内部结构为一个红外线发光二极管与两个光电三极管形成的光耦合。

其中的一个光电三极管可在伺服反馈机制中对发光二极管的导通电流予以补偿；另一个光电三极管用于提供输入及输出电路间的电流隔离。

图1所示是LOC11X的内部结构及引脚排列。

LOC11X光耦合器有DIP和表面贴装两种封装形式，它们均能耦合模拟和数字信号，且具有高增益稳定性，其带宽大于200kHz，线性度可达0．01％。

由于LOC11X光耦合器内部有一对线性光耦合器，应当用在电流隔离，可保持正确的交流及直流信号的耦合以及输入／输出的线性，它有光电压和光电导两种工作模式。

2．1光电导模式图2是LOC11X光耦合器在光电导模式下工作的典型电路，该电路被配置成光电三极管的集电极与基极反向偏压，这是LOC11X光耦合器在光电导模式下运作的典型接法。

当输入电压VIN在0V且IF为0mA时，U1有一个大的开环增益值，而随着VIN值的升高，U1的输出值开始进入VCC1的轨迹上，随着U1输出的增大，IF 开始有电流值，发光二极管也进入工作状态。

接着，光电三极管受到发光二极管所发出光的照射而导通并产生电流I1，当I1流经R1时，将在U1的反相端产生电压VA，从而使得放大器进入负反馈工作状态。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811273474.8(22)申请日 2018.10.30(71)申请人 北京航空航天大学地址 100191 北京市海淀区学院路37号(72)发明人 高成　寇震梦　黄姣英　王乐群　(74)专利代理机构 北京慧泉知识产权代理有限公司 11232代理人 王顺荣　唐爱华(51)Int.Cl.G01R 31/28(2006.01)G01R 31/00(2006.01)(54)发明名称针对HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的脉冲测试法(57)摘要本发明提供一种针对HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的脉冲测试法,其步骤如下：一：选择HCNR200线性光耦隔离电路并进行配置；二：搭建测试隔离电路带宽所用的测试系统；三：对HCNR200线性光耦隔离电路开展带宽测试；四：对HCNR200线性光耦隔离电路带宽测试数据进行处理和分析；通过以上步骤，针对HCNR200线性光耦隔离电路的带宽进行测试，利用被测隔离电路对脉冲信号的响应上升沿时间与被测电路的带宽之间的关系，发挥脉冲信号频率特性的优势，达到测试HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的目的。

反映HCNR200线性光耦器件在实际应用中隔离传输高频信号的能力。

权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 109471013 A 2019.03.15C N 109471013A1.一种针对HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的脉冲测试方法，其特征在于：其步骤如下：步骤一：选择HCNR200线性光耦隔离电路并进行配置；先查找HCNR200线性光耦数据手册中的隔离电路，选择高速低成本模拟型隔离电路；然后对选择的隔离电路进行配置；绘制电路结构图并制作高速低成本模拟型隔离电路的印制电路板即PCB电路板；将电阻、三极管和HCNR200线性光耦焊接到PCB电路板上；该HCNR200线性光耦为双列直插式封装即DIP8，管脚1连接三极管Q2N3904的集电极；管脚2连接5V DC电压源；管脚3连接R1电阻；管脚4、5连接地线；管脚6连接三极管Q2N3906的基极；管脚7、8空置；步骤二：搭建测试隔离电路带宽所用的测试系统；该测试系统由脉冲信号源、HCNR200线性光耦隔离电路、示波器、5V电压源和计算机组成；其中待测隔离电路的输入端与脉冲信号源的信号输出端连接，脉冲信号源的输出端连接示波器的一通道探头，待测隔离电路的输出端连接示波器的二通道探头，通用接口总线即GPIB连接脉冲源与计算机，GPIB线连接示波器与计算机；使用5V电压源对隔离电路供电使其能够正常工作；步骤三：对HCNR200线性光耦隔离电路开展带宽测试；首先调节脉冲信号源参数，然后将脉冲源调整至信号输出状态，使脉冲信号通过待测隔离电路，使用示波器采集到隔离电路的输入信号和隔离电路的响应信号波形；步骤四：对HCNR200线性光耦隔离电路带宽测试数据进行处理和分析；针对步骤三中示波器采集到的隔离电路的响应曲线，选取响应信号幅值上升至10％时所对应的时间记为t1，幅值上升至90％时所对应的时间记为t2；被测HCNR200线性光耦隔离电路对脉冲信号的响应上升沿时间为τr＝t2-t1式中：τr为被测HCNR200线性光耦隔离电路对脉冲信号的响应上升沿时间；当脉冲信号通过HCNR200线性光耦隔离电路时，由于高频分量的丢失产生波形变化并体现在响应曲线上升沿时间上，经过时域和频域的转换分析，响应上升沿时间与电路的带宽具有如下的关系：式中：B是HCNR200线性光耦器件的隔离电路带宽；由此得HCNR200线性光耦隔离电路的带宽；通过以上步骤，利用HCNR200线性光耦隔离电路对脉冲信号的响应信号上升沿时间与电路的带宽之间的关系，发挥脉冲信号频率特性的优势，达到了测试HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的目的；对于测试HCNR200线性光耦在实际应用时能够隔离传输的信号的频率范围具有重要的参考意义；本发明相对于扫频测试而言，不需要外加高频信号源来产生高频正弦波信号，而是采用脉冲信号源进行测试，能节约测试成本；取代多次扫频得出HCNR200线性光耦隔离电路的带宽的复杂步骤，经过一次脉冲信号的输入和一次响应信号的分析就能得到HCNR200线性光耦隔离电路的带宽，更加简单便捷。

1. 线形光耦地研究设计光隔离是一种很常用地信号隔离形式.常用光耦器件及其外围电路组成.因为光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议地20mA电流环.对于模拟信号,光耦因为输入输出地线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离地应用.对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见地选择,但对于支流信号却不适用.一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离地解决方案,如ADI地AD202,能够提供从直流到几K地频率内提供0.025%地线性度, 但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生地交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果.集成地隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用.模拟信号隔离地一个比较好地选择是使用线形光耦.线性光耦地隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦地单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈地光接受电路用于反馈.这样,虽然两个光接受电路都是非线性地, 但两个光接受电路地非线性特性都是一样地,这样,就可以通过反馈通路地非线性来抵消直通通路地非线性,从而达到实现线性隔离地目地.市场上地线性光耦有几中可选择地芯片,如Agilent公司地HCNR200/201,TI子公司TOAS地TIL300,CLARE地LOC111等.这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201地内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号地输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出.1、2引脚之间地电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间地电流分别记作IPD1和IPD2.输入信号经过电压-电流转化,电压地变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小<HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大<HCNR200地变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片地设计使得K1和K2相等.在后面可以看到,在合理地外围电路设计中, 真正影响输出/输入比值地是二者地比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意地线性度地.HCNR200和HCNR201地内部结构完全相同,差别在于一些指标上.相对于HCNR200,HCNR201提供更高地线性度.采用HCNR200/201进行隔离地一些指标如下所示：* 线性度：HCNR200：0.25%,HCNR201：0.05%；* 线性系数K3：HCNR200：15%,HCNR201：5%；* 温度系数： -65ppm/oC；* 隔离电压：1414V；* 信号带宽：直流到大于1MHz.从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离地是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路.下面对HCNR200/201地典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明.3. 典型电路分析Agilent公司地HCNR200/201地手册上给出了多种实用电路,其中较为典型地一种如下图所示：设输入端电压为Vin,输出端电压为Vout,光耦保证地两个电流传递系数分别为K1、K2,显然,,和之间地关系取决于和之间地关系.将前级运放地电路提出来看,如下图所示：设运放负端地电压为,运放输出端地电压为,在运放不饱和地情况下二者满足下面地关系：Vo=Voo-GVi (1>其中是在运放输入差模为0时地输出电压,G为运放地增益,一般比较大.忽略运放负端地输入电流,可以认为通过R1地电流为IP1,根据R1地欧姆定律得：通过R3两端地电流为IF,根据欧姆定律得：其中,为光耦2脚地电压,考虑到LED导通时地电压<）基本不变,这里地作为常数对待.根据光耦地特性,即K1=IP1/IF (4>将和地表达式代入上式,可得：上式经变形可得到：将地表达式代入<3）式可得：考虑到G特别大,则可以做以下近似：这样,输出与输入电压地关系如下：可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由K3和R1、R2确定.一般选R1=R2,达到只隔离不放大地目地.4. 辅助电路与参数确定上面地推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内地,要想做到这一点需要对运放进行合理选型,并且确定电阻地阻值.4.1 运放选型运放可以是单电源供电或正负电源供电,上面给出地是单电源供电地例子.为了能使输入范围能够从0到VCC,需要运放能够满摆幅工作,另外,运放地工作速度、压摆率不会影响整个电路地性能.TI公司地LMV321 单运放电路能够满足以上要求,可以作为HCNR200/201地外围电路.4.2 阻值确定电阻地选型需要考虑运放地线性范围和线性光耦地最大工作电流IFmax.K1已知地情况下,IFmax又确定了IPD1地最大值IPD1max,这样,因为Vo地范围最小可以为0,这样,因为考虑到IFmax大有利于能量地传输,这样,一般取另外,因为工作在深度负反馈状态地运放满足虚短特性,因此,考虑IPD1地限制,这样,R2地确定可以根据所需要地放大倍数确定,例如如果不需要方法,只需将R2=R1即可.另外因为光耦会产生一些高频地噪声,通常在R2处并联电容,构成低通滤波器,具体电容地值由输入频率以及噪声频率确定.4.3 参数确定实例假设确定Vcc=5V,输入在0-4V之间,输出等于输入,采用LMV321运放芯片以及上面电路,下面给出参数确定地过程.* 确定IFmax：HCNR200/201地手册上推荐器件工作地25mA左右；* 确定R3：R3=5V/25mA=200；* 确定R1：。

使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块测量范围：幅值30V测量精度：0.5%误差电路自行设计，要求写好设计报告，制作出实物模块。

参考原理见/hiwxzh/blog/item/e145eff1965a43bba40f52a7.html1. 线性光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI 子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器SPICE电路仿真应用笔记AN5545Jamshed Namdar Khan，安华高科技(Avago Technologies)隔离应用产品事业部光电耦合器应用工程师介绍本应用笔记的目的是展示PSpice软件如何通过使用安华高科技(Avago Technologies)提供的PSpice宏模型精确预测和仿真Avago公司HCNR200和HCNR201模拟光电耦合器的行为，聚焦集成电路仿真程序(SPICE, Sim-ulation Program with Integrated Circuit Emphasis)目前被认为是模拟电路设计工程师不可或缺的工具。

相对模拟光电耦合器数据表参数或规格，良好的宏模型应该精确预测电路性能，PSpice或SPICE仿真是任何设计工程师成功完成设计项目一个必备并且不可或缺的工具，电路仿真有助于原始设计概念的发想，从而允许工程师调整并优化原型电路取得最佳可能电路性能。

电路仿真的最大优势在于建构实体硬件或进行性能测试前可以先行验证并改善设计，极小化花费在原型测试的时间和相关费用成本。

为何需要仿真？不管电路仿真可以如何进行或带来什么，有一点它绝不可能做到的是为你提供实际的电路设计，因此我们首先列举几个吸引设计工程师进行电路仿真的原因。

进行电路仿真的主要动力是极小化预测目标电路设计性能的时间，相较于实际建立和进行原型测试等效电路的评估，使用SPICE电路进行评估所使用的时间相对上非常微小，另外，这些电路仿真也可以在各种不同温度、偏置条件以及零组件数值和误差条件下多次进行，但耗费时间仅为进行电路试验板设计并于工作台上进行评估的数分之一。

在进行光电耦合器SPICE仿真时，首先应该了解的是软件并无法仿真光电耦合器的两个基本特性，设计工程师使用光电耦合器主要有两个理由，分别是绝缘和隔离，SPICE软件并无法对这两个主要关键光电耦合器功能建立模型。

收稿日期:20052102151　邓醉杰　男　1980年生;湖南大学电气与信息工程学院在读硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动.复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路———线性光耦HC NR200的应用邓醉杰　叶丽花　黄守道　周健湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙(410082)摘　要　本文设计了复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路,简要介绍了新型线性光耦器件HC NR200的工作原理,也给出了隔离电路的硬件电路图、参数计算公式及其注意事项。

通过实验证明该电路正确实用。

关键词　复合励磁　隔离电路　线性光耦HC NR200中图分类号T M313　文献标识码B 文章编号1008-7281(2006)02-0036-03Term i n a l Volt age Sam pli n g and Isol a ti n g C i rcu it of Co m pound Exc it a ti onPermanen tM agnet Synchronous Genera tor 2The Appli ca ti onof L i n ear O pti ca l Coupler HCNR 200D eng Zu ijie,Ye L ihua,Huang S houdao,and Zhou J ianAbstract The ter m inal voltage sa mp ling and is olating circuit of co mpound excitati onper manent magnet synchr onous generat or is designed in this paper,the p rinci p le of the ne w linear op tical coup ler HCNR200is si m p ly discussed,and the sche me of hardware of is olating circuit,para meter calculati on f or mulas and attenti ons are given .It is p r oved that the sche me is true and p ractical p r oved by experi m ents .Key words Compound excitati on,is olating circuit,op tical coup ler HCNR200.0　引言近年来,由于永磁电机技术、电力电子技术的迅速发展,多电源输出、高效、高可靠性和稳定性的新型移动电站成为了研究主导。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA 电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

HCNR201/200高线性度模拟光电耦合器 评估电路板使用手册硬件指南介绍HCNR200/201高线性度模拟光电耦合器包含一个用来照射两个紧密匹配光电二极管的高性能铝砷化镓(AlGaAs, Aluminium Gallium Arsenide)发光二极管(LED, Light Emitting Diode)，输入光电二极管可以作为监测从而稳定LED 的光输出，因此基本上可以消除LED 的非线性和漂移特性，输出光电二极管则可产生线性相关于LED 光输出的光电流，光电二极管间的紧密匹配和先进的封装设计可以确保光电耦合器的高线性度和稳定增益特性。

HCNR200/201可以使用于需要良好稳定性、线性度、带宽和低成本等各种广泛的模拟信号隔离应用，HCNR200/201具备高灵活度，通过适当的应用电路设计，可在多个不同的模式下工作，包括单极/双极、交流/直流以及反向/非反向等，HCNR200/201是许多模拟隔离问题的良好解决方案。

HCNR201/200评估电路板可以帮助设计工程师快速评估这些高线性度模拟光电耦合器，图1为评估电路板的结构电路，图2则是电路板的照片。

除了HCNR201/200外，这个电路板还分别在输入侧和输出侧加入两个运算放大器，请参考电路操作说明了解电路的详细工作原理。

这个评估电路板可以立即应用于电机控制设计中的电流感应，虽然评估电路板面向特定应用设计，但功能多样的高线性度模拟光电耦合器HCNR200/201适合许多应用，如电压电流感应和模拟信号耦合等。

图1：评估电路板的电路结构。

輸入側輸出側D1VCC2 (+3 to +5V)GND22评估电路板的连接和操作1. 输入侧电源：连接+15V 电源到连接器J1的脚位1，-15V 到J1的脚位4，0V 电源到J1的脚位2或3，电机驱动电路板中±15V 电源非常普遍，也可由实验室工作环境取得这些电源。

2. 输出侧电源：连接VCC2电源到评估电路板输出侧J2的脚位1，GND2到J2的脚位2，VCC2可以接受3V 到5V 的灵活电源电压范围以满足电机控制电路板上3.3V 或5V 的微控制器系统，VCC2同样也可以连接到实验室电源。

线性光偶HCNR200的原理与电路设计孙鹏在电气测量、测试以及控制中，常常需要对高电压、强电流等模拟量进行采集。

如果模拟量（高压、强电流）与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁，因而必须对两种信号进行隔离。

光隔离是一种很常用的信号隔离形式，常用光耦器件及其外围电路组成。

但是，一般的光偶器件都是面向数字信号的，具有开、关二值性，对于模拟信号的隔离，需要使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。

HCNR200是Agilent 公司生产的一款线性光耦，它可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏，输出跟随输入变化，线性度达0.01％。

1、HCNR200/201简介线性光耦HCNR200的内部结构如图 1所示。

它由发光二极管D1（1、2引脚）、反馈光电二极管D2（3、4引脚）、输出光电二极管D3（5、6引脚）组成。

1、2引脚之间的电流记作I F ，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作I PD1和I PD2。

当有I F 流过时，D1发出红外光(伺服光通量 )。

该光分别照射在D2、D3上，产生控制电流I PD1和输出电流I PD2。

D1两端的输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流I F 上，I PD1和I PD2基本与I F 成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即：FPD F PD I I K I I K 2211,== 对于HCNR200，K 1与K 2为0.005，并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.0025到0.0075之间），但芯片的设计使得K 1和K 2相等。

在实际应用中，人们真正关心的是线性光偶电路的传输增益：K 3=K 2/K 1，对于HCNR200，K 3的典型值为1。

HCNR201：HCNR201是高线性模拟光电耦合器内含一个高性能AlGaAs LED和两个高度匹配的光二极管。

型号介绍：输入光二极管可以用来监测并稳定LED的光度输出，因此LED 的非线性和漂移特性几乎被消除，输出光二极管会产生线性对应LED 光输出的光电流，光二极管间的紧密匹配和先进的封装设计可以确保光电耦合器的高线性度和稳定增益。

HCNR201可以用来提供需要良好稳定性、线性度、带宽和低成本等各种广泛应用的模拟信号隔离、HCNR201具备高灵活度，并可通过应用电路的适当设计带来许多不同工作模式，包括单极/双极、AC/DC以及反相和同相，HCNR201为许多模拟隔离问题的卓越解决方案。

特点：0.01%超低非线性度K3(IPD2/IPD1)转换增益+/-5%-65 ppm/°C低增益温度系数DC到>1MHz高带宽通过全球安全规范认证：-UL1577、5kVrms/1min-CSA-IEC/EN/DIN EN 60747-5-2、Viorm=1414Vpeak(选项050)提供表面贴装器件选择(选项300)提供8-pin DIP封装：0.400"间隔带来高灵活度线路设计HCNR201特别选择：提供更紧密K1、K3和更佳线性度选择包括：-060=IEC/EN/DIN/EN 60747-5-2 VIORM=1414Vpeak-300=鸥翼型表面贴装-xxxE=无铅应用：低成本模拟隔离电信应用：调制解调器、PBX交换机工业程序控制：-换能隔离器-热电偶隔离-4 mA到20 mA环路隔离SMPS反馈环路、SMPS前馈电机电源电压监测医疗应用品牌介绍：AVAGO是高性能的混和信号和数字信号处理的IC,它的产品分为放大器和比较器、数模/模数转换器、嵌入式处理与DSP、模拟微控制器、RF和IF器件、电源和散热管理、音频和视频产品、宽带产品、接口器件、基准源、开关和多路复用器、无线产品。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA 电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。

HCNR201/200高线性度模拟光电耦合器 评估电路板使用手册硬件指南介绍HCNR200/201高线性度模拟光电耦合器包含一个用来照射两个紧密匹配光电二极管的高性能铝砷化镓(AlGaAs, Aluminium Gallium Arsenide)发光二极管(LED, Light Emitting Diode)，输入光电二极管可以作为监测从而稳定LED 的光输出，因此基本上可以消除LED 的非线性和漂移特性，输出光电二极管则可产生线性相关于LED 光输出的光电流，光电二极管间的紧密匹配和先进的封装设计可以确保光电耦合器的高线性度和稳定增益特性。

HCNR200/201可以使用于需要良好稳定性、线性度、带宽和低成本等各种广泛的模拟信号隔离应用，HCNR200/201具备高灵活度，通过适当的应用电路设计，可在多个不同的模式下工作，包括单极/双极、交流/直流以及反向/非反向等，HCNR200/201是许多模拟隔离问题的良好解决方案。

HCNR201/200评估电路板可以帮助设计工程师快速评估这些高线性度模拟光电耦合器，图1为评估电路板的结构电路，图2则是电路板的照片。

除了HCNR201/200外，这个电路板还分别在输入侧和输出侧加入两个运算放大器，请参考电路操作说明了解电路的详细工作原理。

这个评估电路板可以立即应用于电机控制设计中的电流感应，虽然评估电路板面向特定应用设计，但功能多样的高线性度模拟光电耦合器HCNR200/201适合许多应用，如电压电流感应和模拟信号耦合等。

图1：评估电路板的电路结构。

輸入側輸出側D1VCC2 (+3 to +5V)GND22评估电路板的连接和操作1. 输入侧电源：连接+15V 电源到连接器J1的脚位1，-15V 到J1的脚位4，0V 电源到J1的脚位2或3，电机驱动电路板中±15V 电源非常普遍，也可由实验室工作环境取得这些电源。

2. 输出侧电源：连接VCC2电源到评估电路板输出侧J2的脚位1，GND2到J2的脚位2，VCC2可以接受3V 到5V 的灵活电源电压范围以满足电机控制电路板上3.3V 或5V 的微控制器系统，VCC2同样也可以连接到实验室电源。

3.3.3 HCNR200/201性能描述HCNR200/201是一种高线性度模拟光电耦合器，如图3-7所示，它由一个AlGaAs 制作成的高性能发光二极管和两个结构相同的光电二极管组成。

发光二极管具有稳定的光输出，可用来监控。

两个光电二极管可以同时接收发光二极管输出的信号。

HCNR200/201采用先进的封装形式，保证了光耦的高线性度和稳定的增益特性。

图 3-7 HCNR200封装图HCNR200/201可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。

HCNR200/201具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路，能够在许多不同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc和反向/正向。

HCNR200/201很好的解决了许多模拟隔离问题。

HCNR200/201产品特点有非线性度高，数值为0.01%；HCNR200传递增益(IPD2 / IPD1•K3)为±15%，HCNR201的传递增益为±5%；增益温度系数为-65ppm /℃；带宽> 1兆赫；封装形式分为8引脚DIP和贴片两种；HCNR200/201允许灵活的电路设计。

图 3-8 HCNR200内部管脚图HCNR200/201主要应用在低成本的模拟信号隔离、工业过程控制、电子反馈回路、监测电机电源电压、医疗等领域。

其内部结构图如图3-8所示。

图3-8说明了HCNR200/201是一种高线性度的光耦。

它由一个发光二极管(LED)和两个同种工艺的光电二极管组成。

其中一个光电二极管(PD1)在隔离电路的输入部分，另一个光电二极管(PD2)构成隔离电路的输出部分。

由于光耦的封装,使每一个光电二极管可从LED上接收大致相同数量的光线。

放大器与PD1组成的外部反馈电路可用来监控发光二极管（LED）发出的光，并且可以补充流过LED的电流起到对LED的调节作用。

使得LED输出的光信号更加稳定，当PD2接收到光信号后，可以再通过另一个运算放大器把接收到的电流信号转化为电压信号。