在工業自動化、醫療電子及精密測量系統中，高性能模數轉換器（ADC）常需要通過電氣隔離來保障安全性或消除接地環路干擾。然而，隔離技術若處理不當，可能嚴重影響ADC的精度和動態性能。本文將重點分析隔離式高性能ADC設計中的三大關鍵要素：時鐘隔離、電源隔離與數據隔離，并提供具體的設計建議。

一、時鐘隔離：低抖動是關鍵

高性能SAR ADC（如LTC2378-20）或Σ-Δ ADC（如AD7760）對時鐘抖動極為敏感。以LTC2378-20為例，其孔徑抖動為4 ps RMS，在1 MSPS采樣率下可實現超過100 dB的信噪比（SNR）。一旦引入較大的時鐘抖動，系統性能將急劇下降。

標準數字隔離器（如ADuM系列）通常引入70 ps RMS以上的抖動，僅適用于低頻應用。

優化型時鐘隔離器（如LTM2893）可將抖動降低至30 ps RMS，支持50 kHz輸入頻率下的高SNR。

LVDS時鐘隔離器（如ADN4654）具備超低抖動（約2.6 ps），接近ADC本征性能極限。

時鐘凈化方案可通過PLL（如ADF4360-9）進一步降低抖動，再結合觸發器進行分頻，確保滿足LTC2378等高速ADC的時鐘要求。

此外，也可考慮在隔離側本地生成時鐘，但需注意異步時鐘域帶來的同步問題。

二、電源隔離：關注EMI與噪聲控制

隔離電源是影響ADC精度的重要因素之一。傳統反激拓撲結構雖然簡單，但存在以下問題：

開關瞬變大，造成EMI輻射；

磁性元件利用率低，變壓器體積大；

輸出電壓紋波較高，需額外濾波；

負載變化導致開關頻率漂移，增加噪聲不確定性。

相較之下，推挽式拓撲（如LT3999）具有更低的EMI特性，并支持外部時鐘同步。通過與ADC采樣時鐘同步，可在采樣階段前預留“安靜窗口”，顯著降低電源噪聲對信號采集的影響。例如，LTC2378-20的采樣時間為312 ns，配合LT3999可輕松匹配<1 μs的無噪聲窗口。

三、數據隔離：相對次要但不可忽視

數據隔離一般采用數字隔離器（如ADuM140x）實現，適用于SPI、I2C等接口。盡管其對系統整體性能影響較小，但仍需注意：

確保足夠的隔離耐壓等級；

使用重疊PCB平面或外接電容提供電流返回路徑；

隔離后端應盡量減少數字噪聲反饋至模擬前端。

對于SPI接口，只需隔離SCLK、SDO、CS等信號線即可實現完整的數據通道隔離。

總結

設計一個高性能隔離ADC系統，需從時鐘、電源和數據三個維度綜合考量：

優先保證時鐘穩定性與低抖動，避免使用普通隔離器直接驅動ADC時鐘；

選擇推挽式而非反激式隔離電源，以獲得更清潔的供電環境；

合理使用數據隔離器件，并注意PCB布局以抑制共模噪聲。

通過上述方法，工程師可以在復雜工況下實現高于100 dB SNR的高精度信號采集系統，滿足高端工業、測試儀器和醫療設備的需求。