关键词：DAQ、数字I/O、隔离、DIO

导读

大多数数据采集卡都有DI/DO 或简称DIO（数字输入/数字输出）通道，这些DI/DO一般都采用TTL（Transistor-Transistor Logic)电平（+5V为逻辑“1”，0V为逻辑“0”）。在某些工业应用中，需要数字I/O具有更宽的输入输出范围，同时提供隔离以保护测量系统，对于数字输出（DO），有时候还需要提供更大的驱动电流。

隔离数字输入（Isolated DI）

典型的隔离数字输入一般利用光电耦合器（光耦）实现，光耦把用于发光的二极管和用于接收的光敏三极管封装在一起，可分为“发光”和“接收”两部分。由于光耦输入输出间互相隔离，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦的输入端属于电流型工作的低阻元件，具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比【1】。

再以简仪隔离数字I/O卡为例，说明隔离DI的工作原理。

如图 1所示，“发光”部分电路内置了2.4kΩ的限流电阻，该电阻用于限制电流不超过发光二极管的最大电流，故不再需要在板卡外部连接限流电阻。隔离数字输入的公共端（COM m）可以选择共地（Common ground）或共电源（Common power），并且“发光”部分电路设计有2个反向并联的二极管，所以该板卡既可以支持拉电流（Sourcing），也可以支持灌电流（Sinking）。如果需要板卡给外部的数字信号提供电流，就将隔离数字输入的公共端（COM）连接至外部电源，如果板卡吸收电流，则将COM连接至系统地。

隔离数字输出（Isolated DO）

隔离数字输出一般由光耦隔离和驱动电路两部分构成，利用光耦实现板卡内部的低电压电路与外部的大功率或高电压电路的隔离，驱动电路用于提高数字输出的驱动能力。

再以简仪隔离数字I/O卡PXI-67433/4/4P为例，说明隔离DO的工作原理。隔离数字输出电路由光耦隔离和达林顿阵列驱动电路构成。达林顿阵列在不同的卡中提供了两种不同的输出方式，即共地（Common Ground）和共电源（Common Power）【2】。

在共地（Common Ground）模式下，将输出通道组的公共引脚（VDDm）连接至外部电源，将隔离数字输出的接地引脚（IGND）连接到系统地，负载连接到VDDm和隔离数字输出通道（I_DOn）之间,当DO输出高电位时，I_DOn会与IGND导通。

如果数字输出连接的负载具有电感的特性（如继电器、线圈和电机等），当数字输出从“开”切换至“关”时，可能产生反向电压损坏电路。简仪科技的隔离数字输出特别设计有“续流二极管(Flyback Diode)”，即在板卡内部设计反向的二极管与外部负载并联，当输出从“开”切换至“关”时，感性负载产生的反向电压将通过二极管形成电流环路，从而保护了晶体管等电路【2】。

在共电源（Common Power）模式下，将输出通道组的公共引脚（VDDm）连接至外部电源，将隔离数字输出的接地引脚（IGND）连接到系统地，负载连接到隔离数字输出通道（I_DOn）和IGND之间，当DO输出高电位时，I_DOn会与VDDm导通供电给负载。【2】。

参考

1. https://zh.wikipedia.org/wiki/光电耦合元件?wprov=srpw1_1

2. 简仪 PXI-6743X Series使用手册