使用USB进行测量应用的优势和潜在危险

如果对以上问题1或2的答案是肯定的，就需要确保你的系统具有隔离措施。隔离能保护PC免受损害，通过在电路间物理隔离电气连接来保护你的数据完整性，即限制可能有害的电压或电流经过你的系统。也可通过给系统添加信号调理配件来提供隔离，这样价格会很昂贵，或者一开始就选择带隔离的USB数据采集模块。

我们来更仔细分析这些应用环境，从每个案例中了解隔离的作用。

案例1： ESD、闪电或电源浪涌

图1展示了一个典型的应用场景，其中一个传感器正在测量待测设备的电压。该传感器一头连接到USB数据采集模块，另一头连接到PC。

ESD、闪电以及电源浪涌产生突发的瞬时过压，即使时间很短，也可能损害整个系统中的电子元件。如果USB数据采集模块没有隔离(见图2)，这些事件产生的电流回流通过整个系统，最后到达PC并且可能损害PC和其他系统部件。

一些数据采集方案供应商所提供的未隔离模块在出现瞬时过压时事实上会锁死整个系统，从而不得不重启系统。在测量应用中这种行为是不能接受的。

与之对比的是，隔离的模块(图3中显示)通过模块的地平面释放有害的电流，来保护整个系统。

即使引入的瞬时电压很小不足以损害系统，也要小心你的数据可能包含很大的错误，特别在高分辨率的情况下。例如，如果使用具有16位分辨率的USB模块来测量±10V 电压范围的信号，LSB值是0.31mV(见表1)。如果这个模块未隔离，同时电气系统中出现瞬时电压，数据因此可能偏差数百毫伏。甚至在静态环境中，你的数据也可能偏差几十毫伏。当测量低电平的信号时这算得上是巨大的差错。

如果需要高精度、低噪声的测量，隔离至关重要。Data Translation公司所有的USB模块，从DT9801系列到DT9834系列，都提供高达500V的电气隔离。电气隔离把输入信号中的能量转化成输出信号在模块的地平面上流走。结果，你的计算机保持安全，测量结果更加精确。

以DT9801模块为例，通过使用下列的元件提供高达500V的电气隔离：

1. 变压器：从无延迟的快速时钟信号中转换能量；

2. 光隔离器：从带有几十毫秒延迟的较慢的控制信号中转化能量；

3. 差分容性耦合：从带有1毫秒延迟的慢速数据通道中转化能量。

案例2 ：不同的地电位

单端模拟输入是参考大地的未隔离的输入。在未隔离系统中，甚至数字I/O信号都连到同样的地上。如果待测系统和USB数据采集模块共享同样的地(通过连到建筑物的电源系统)，两个设备地电位间的差别是实际存在的(超过100mV)。快速开关电流必须沿着5米长的USB线缆流到PC。