一文读懂隔离采样：原理、分类、选型参数与纳芯微全矩阵方案

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）在电力电子系统向高功率、高效率、高集成度演进的过程中，隔离采样早已不是一项可选的附加功能，而是保障高压与低压电路安全、实现信号精准传输的核心基础设施。

纳芯微隔离采样 AE 经理刘雅竹表示，隔离采样（Isolated Sensing）芯片是纳芯微 “隔离 +” 战略里至关重要的一环，产品品类丰富、应用覆盖全面、市场份额可观且已具备相当的营收规模。随着新能源车、光伏储能、服务器电源等领域高速发展，纳芯微隔离采样芯片的未来增长空间广阔。

隔离采样是什么？

隔离采样的本质，是在高压危险域与低压安全域之间建立一道绝缘屏障，同时让模拟信号（电压或电流）较高精度穿越这道屏障，送达 MCU、DSP 等控制器。因此，隔离采样的需求主要来自两类场景。

第一类是高压母线的电压、电流采集与保护。当系统中存在 400V、800V 甚至更高的危险高压母线，需要对其电压、电流进行采集或保护，且采集信号要送到人员可接触的低压安全域时，隔离采样是刚需。

第二类容易被忽视：跨隔离域的低压采集。典型例子是 OBC 和 DC-DC 系统——一些方案的主控 DSP 或 MCU 布置在 400V/800V 高压域，当需要采集 12V/48V 低压电池侧的电压时，虽然 12V 属于人体可接触的安全电压，但因为存在跨隔离域采集，同样必须使用隔离采样芯片。

换言之，“要不要隔离采样” 的判断标准并不是电压绝对值的高低，而是信号是否需要跨越两个电气隔离的域。这正是隔离采样在新能源汽车、光伏储能、工业电机驱动、服务器电源等系统中无处不在的根本原因。

隔离采样有两种分类方式：按应用采样点划分，可分为隔离电压采样和隔离电流采样；按输出产品形态划分，可分为隔离运放（ISO-AMP）和隔离 ADC（也被称为隔离调制器，Isolated Modulator）。

隔离电压采样和隔离电流采样的区别

以 NSI1311（隔离电压采样）和 NSI1300（隔离电流采样）为例，NSI1311 是隔离电压采样运放，输入范围 0～2V；NSI1300 是隔离电流采样运放，输入范围 ±250mV 或 ±50mV。虽然芯片输入端都以输入电压标称规格，但电流采样需要通过外围采样电阻（shunt 电阻），将流过采样电阻的电流转化为电压，再送入隔离运放输入端。

两者第一个核心区别是输入范围不同，属于显性区别。电压采样芯片的输入范围更宽：高压采集（400V 甚至以上）需要通过一串分压电阻，将高压降到 0～2V 或 1V 的低压信号再送入隔离运放，更宽的输入范围对应更好的采样精度和抗扰度。

第二个核心区别是输入阻抗不同，属于隐性区别。电压采样芯片输入端等效电阻更大，为高阻（兆欧级–吉欧级）输入。原因在于高压通过兆欧级和千欧级分压电阻分压，最下端的下分压电阻一般为千欧级；如果芯片输入阻抗也为十几到二十千欧级（如电流采样芯片），与外部千欧级下分压电阻并联后，会显著改变下分压电阻阻值，造成较大的系统增益误差。电流采样芯片的输入阻抗较低（十几到二十千欧级），因为采样电阻一般为毫欧级，十几到二十千欧的输入阻抗与毫欧级采样电阻并联，不会对采样电阻阻值产生明显影响。

隔离运放与隔离 ADC 的区别

隔离运放（ISO-AMP）是模拟量输入、模拟量输出的产品。信号送入 MCU/DSP 采集前还需经过 ADC 转换，需要相对较多的外围调理电路；若要实现保护功能，还涉及硬件保护电路及 MCU 的 ADC 端口占用，整体占板面积较大。隔离运放自身精度很高，但系统最终能达到的 SNR 等交流精度一般受限于 MCU 内置 ADC。其优势是使用简单、门槛低，模拟量输出经简单运放调理即可接到 ADC 端口。

隔离 ADC 直接输出数字量信号（Σ-Δ 码流），可直接送入 DSP 或 FPGA 内部做软件滤波。外围电路简单、占板面积小，数字滤波器以 SDFM 模块形式集成在控制器中。其精度和延时可以灵活权衡：选用 Sinc3 滤波器、OSR=256 时理论 ENOB 可达 14bit，但延时较长（10μs 以上）；对延时要求高则可降低 OSR，延时可以压低，但精度会变差。数字信号不易受噪声干扰，但高频时钟 / 数据走线对信号完整性要求较高。代价是使用复杂度更高，需要硬件与软件工程师配合调试。

从应用选择看，隔离 ADC 更适合两类场景：一类是采样精度要求高、但对延时要求不那么严苛的场景，典型如伺服系统相电流采样；另一类是 FPGA 主控场景，FPGA 只能处理数字量，适合采用隔离 ADC。隔离运放则适合精度和延时同时要求较高的场景，使用门槛低、方案更简单，在通用电源控制、新能源车功率电驱、光伏电压采样等国内应用中，隔离运放使用更为广泛。

关键性能参数：三个维度

隔离采样的选型指标归纳为三类：

一是隔离相关指标，包括 CMTI（共模瞬态抗扰度）、隔离耐压（VIORM/VIOTM/VISO）、爬电距离与电气间隙等安规参数；
二是输入输出范围与形态，包括输入范围、带宽、增益、差分 / 单端输出、ADC 的时钟与数据接口形式（CMOS、LVDS、曼彻斯特编码等）；
三是精度相关指标，包括失调误差及温漂、增益误差及温漂、偏置电流、SNR、THD、输出噪声等。

行业重要性：

被电气化时代放大的关键市场

从方案的系统构成来看，隔离采样是典型 “小芯片、大市场逻辑” 的产品 —— 单颗价值量不高，但它是新能源车、光伏储能、工业伺服、服务器电源等几乎所有电力电子化系统的安全底座。没有可靠的隔离采样，高压系统的控制环路就失去了反馈信号，过流、过压保护就形同虚设。

隔离电压采样的应用场景主要有四类：第一类是新能源车，包括电驱、OBC、PTC，以及 BMS 的母线电压采样；第二类是工业电机驱动，包括母线 DC 电压和 AC 母线电压采样；第三类是光伏储能，包括电网侧母线高压、电池侧母线高压，以及调理电路中的母线高压采样；第四类是通用电源系统，如充电桩电源系统、服务器电源系统中的母线电压检测。

隔离电流采样的应用场景同样分领域来看。在新能源车领域，电驱相电流一般不使用隔离采样芯片，因为电驱功率大、母线电流大，一般采用开环或闭环霍尔模块采集；隔离电流采样主要用于 OBC、DC-DC 和部分 BMS，一方面存在高压隔离需求，另一方面电流值在几十安到百安量级，适合隔离采样芯片。

在工业系统领域，工业电机驱动中伺服或变频器系统需要相电流采样，电源系统中充电桩、服务器电源需要 PFC 电流采样以及 DC-DC 输出电流采样，光伏系统中也有电流采样需求。

通过刘雅竹的介绍，我们能够捕捉到几类推动隔离采样芯片在系统中价值量持续提升的典型需求。

其一，电气高压化。新能源汽车母线电压从 400V 向 800V 抬升，直接推高了对隔离耐压、爬电距离、输入范围与采样精度的要求。以 800V 系统母线电压采样为例，客户普遍有分段精度要求 —— 如 300V～900V 范围内做到 ±1% 以内、300V 以下做到 ±3V 以内，而 1% 正是新能源车客户母线采样精度的典型门槛。

其二，开关高频化与控制数字化。随着 SiC/GaN 等第三代半导体的渗透，系统开关频率不断提高，原副边地之间的共模瞬态干扰越来越剧烈，对 CMTI 的要求水涨船高；同时数字控制方案渗透率提升，让隔离 ADC 这类数字隔离产品有了更大的用武之地。

其三，下游场景多元化。工业自动化（伺服、变频器、机器人）、光伏储能（电网侧与电池侧高压采样）、AI 算力爆发带动的服务器电源（PFC 电流采样、母线电压检测、DC-DC 输出电流采样）都在成为隔离采样的增量市场。刘雅竹特别提到，除传统工控和新能源汽车外，纳芯微在服务器电源领域发现了非常多的隔离采样机会。

纳芯微的隔离采样版图：从通用到单芯片方案的演变

在 “隔离 +” 战略中，纳芯微隔离采样与数字隔离器、隔离接口、隔离电源、隔离驱动、固态继电器并列，多线并进。相比国际厂商，纳芯微的产品定义围绕客户应用需求创新，同时兼顾兼容性。

纳芯微隔离采样芯片已经形成覆盖度非常全面的产品矩阵。从产品路线图看，纳芯微隔离采样大致经历了 “第一代通用隔离采样（NSI13xx）→ 快速保护隔离比较器（NSI22C1x）→ 集成隔离电源（NSI36xx）→ 全面性能优化（NSI16xx）” 的进阶路径。

第一代通用隔离采样：NSI13xx 系列

NSI13xx 系列分为三大产品品类：隔离电压采样运放、隔离电流采样运放和隔离 ADC。在隔离电压采样运放方面，NSI1311/-Q1 为 0～2V 输入、用于直流电压采集的隔离运放。NSI1312/-Q1 于 2022—2023 年推出，输入范围支持差分（±1.2V），并提供 D 和 S 两类料号，D 代表 Differential（差分输出），S 代表 Single-Ended（单端输出）。

在隔离电流采样运放方面，NSI1300/-Q1 为 ±50mV 和 ±250mV 输入；NSI1400/-Q1 是 NSI1300 的升级迭代版本，为 ±250mV 输入，主打更低成本，以更平价的方式提供隔离电流采样。

在隔离 ADC 方面，NSI13xx 系列量产料号较多，按接口形式区分：NSI1306 是最基础的 CMOS 电平、外置时钟（clock input）料号；NSI1303 为内置时钟（clock output），并在内置时钟基础上做了曼彻斯特编码；NSI1306L 为 LVDS（低压差分信号）接口；NSI1316 为 ±1V 输入、外置时钟 / CMOS 接口，属于电压采样隔离 ADC。

快速保护隔离比较器：NSI22C1x 系列

隔离采样解决的是 “测得准”，但在很多系统中还需要 “断得快”。NSI22C1x 系列快速保护隔离比较器（ISO-COMP）正是为此而生：内部集成窗口比较器加隔离通道，输出数字电平信号，过流保护传输延时仅 250ns（最大值）—— 作为对比，NSI1300 电流采样运放的传输延时最大约 2.1μs。

NSI22C1x 系列集成了窗口比较器、高压 LDO 和高精度参考电流源（REF）。刘雅竹表示，该系列除采样电阻未集成外，其余所需功能均已集成，使用简便。NSI22C1x 系列典型应用包括电源系统，如谐振腔内部的过流保护、DC 母线快速过流保护；工业电机驱动，如三相桥臂第三相快速过流保护。

集成隔离电源：NSI36xx 系列

NSI36xx 系列是纳芯微隔离采样产品拓展产品形态的第二个方向，即更高集成度，将隔离电源集成到隔离采样芯片内。传统隔离采样方案的一个长期痛点是高压侧供电：高压域一般没有现成的隔离电源，客户需要自行搭建隔离供电电路。NSI36xx系列将高压侧隔离电源集成到芯片内部，芯片只需低压侧供电，高压侧通过内部集成的隔离电源自给自足。

刘雅竹称，NSI36xx 系列实现了两大升级，其一是精度提升，打造高精度信号链：以NSI3612电压采样为例，失调电压Offset提升至±0.5mV（NSI1312为±2.5mV max），TCVos温漂做到±10μV/℃（NSI1312约±20μV/℃ max）。目前该系列（含差异化料号）均已量产，并在多家客户实现导入。

其二是集成隔离电源后芯片功能更丰富。根据刘雅竹的描述，NSI36xx 系列既有只集成隔离电源的料号，也有 NSI36CxxR 这类同时集成快速保护、高精度信号链、单端输出的料号，差异化功能的产品布局更全面。

集成隔离电源后，NSI36xx 升级为宽体 SOW16 封装，引脚资源更充裕，得以集成更多功能，料号后缀由此定义：C 代表 Comparator，即集成保护比较器，保护延时可做到 1μs 以内（百纳秒级），支持快速过压 / 过流保护；R 代表 Ratiometric，即集成比例式单端输出。

NSI36CxxR 包含：NSI36 (C) 00 (R)/Q1 为 ±250mV 输入的隔离运放（电流采样），NSI36 (C) 02 (R)/Q1 为 ±50mV 输入的隔离运放（电流采样），NSI36 (C) 11 (R)/Q1 为 0～2V 输入的隔离运放（直流电压采样），NSI36 (C) 12 (R)/Q1 为 ±1V 输入的隔离运放（交流电压采样）。

传统母线电压采样需要额外隔离供电，输出需经差分转单端运放调理；为满足快速母线过压保护延时要求，可能还需额外隔离比较器做过压 / 欠压保护。采用 NSI36CxxR 产品后，单颗芯片即可实现上述所有分立电路功能。电流采样同理，隔离电源、差分转单端调理、过流保护均以高性价比方式集成到芯片内。

在应用笔记（AN）方面，NSI36CxxR 配有《集成隔离电源和输入保护的单端比例式输出隔离运放应用指南》，指导客户使用集成保护芯片、内部比较器特性、阈值设置，以及如何通过单端比例式输出省去运放并提高系统级采样精度。

全面性能升级：NSI16xx 系列

在第一代 NSI13xx 大量量产、经受市场检验的基础上，纳芯微推出了全面优化的 NSI16xx 系列，首个量产型号为 NSI1611—— 即 NSI1311 的升级版。NSI16xx 系列的产品定义精准踩中新能源车母线电压采样从 400V 走向 800V 的发展节点，其升级可以概括为五个方面。

精度提升：在Offset/Gain Error及其Drift等方面全面优化，10%～100%满量程范围内采样精度可做到1.2%以内（无需校准）。作为对比，NSI1311 在 400V 左右工况下采样精度可能大于 1%，而 1% 正是新能源车客户母线采样的精度门槛。从 NSI1311 切换到 NSI1611，客户大概率无需再做软件校准即可满足系统精度要求，省去隐性成本与工序。

更宽输入范围：输入范围从 0～2V 扩展到支持 0～4V，顺应母线电压从 400V 向 800V 抬升的趋势。同样的高压，分压到 4V 比分压到 2V/250mV 拥有更高的信号摆幅，对应更高的采样精度与抗扰度。

EMI 升级：30MHz～6GHz 全频段通过 CISPR25 Class5 标准测试（车规 EMI 最严等级），满足车载环境对辐射发射的苛刻要求。

单端输出：提供单端输出料号，MCU 内置 ADC 多为单端输入，可直接省去差分转单端运放，简化方案、缩小 PCB 面积。

封装兼容：采用 SOW8（5.85×7.50mm）封装，其中 NSI1611D02 与 NSI1311 完全 pin-to-pin 兼容，存量客户可无缝替换、实现降本。

产品料号表和性能升级：

全面的技术支持资源，让隔离采样更易用

除产品性能持续迭代，纳芯微也为隔离采样客户提供完善的技术文档和及时的技术支持。

在精度计算工具方面，纳芯微提供简便易用的精度计算工具，覆盖电流采样 ADC、电流采样运放、电压采样运放等不同输入端架构。工具中已内置各物料的具体规格，客户只需输入目标温度范围、供电方式、供电纹波、外围电阻配置等参数，即可自动计算全温度范围下的系统总误差（total system error），辅助客户以精度要求为基准完成芯片选型和外围器件优化。

在应用笔记（AN）方面，除上述《集成隔离电源和输入保护的单端比例式输出隔离运放应用指南》外，还有多款参考文档；例如 NSI1303 配有曼彻斯特编码 ADC 解码方案应用笔记，附录直接提供曼码解码代码。

此外，纳芯微还形成了隔离 ADC 解码整套客户培训材料，从隔离 ADC 原理、输出形式、数字滤波器原理与设计、解码时序控制注意事项、编码和解码方式等层面输出技术内容。

结语

当 800V 平台、SiC 功率器件和 AI 服务器电源不断抬高对采样精度、保护速度与板级面积的要求，隔离采样芯片的竞争早已不是单颗芯片参数之争，而是谁能帮客户删掉更多外围器件、省掉更多校准工序、缩小更多板级面积的系统方案之争。从 NSI13xx 到 NSI22C1x、NSI36xx 再到 NSI16xx，纳芯微隔离采样的演进轨迹，本质是围绕客户应用需求进行的隔离采样产品集成史。

展望未来，纳芯微隔离采样产品将沿着三大方向持续迭代：NSI16xx 系列全面量产、更高集成度模块化以及小型化封装。在 “隔离 +” 战略指引下，纳芯微正推动隔离采样与数字隔离器、隔离驱动、隔离电源、固态继电器五大品类多线并进，构建完整的隔离技术生态，为高压功率系统的精准感知与安全运行构筑可靠的芯片基础。