專利名稱：一種電流輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種電流輸出裝置。
背景技術(shù)：
目前，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中多數(shù)模塊裝置都要求帶有4mA 20mA電流輸出功能?，F(xiàn) 有技術(shù)中，常規(guī)處理方法主要采用專用DA轉(zhuǎn)換器將主CPU的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓， 經(jīng)過(guò)調(diào)制電路調(diào)理后輸出4mA 20mA電流，流程圖如圖1所示。這種處理方法的存在以下缺點(diǎn)1、采用專用DA轉(zhuǎn)換器，生產(chǎn)成本較高；2、不方便實(shí)現(xiàn)多路4mA 20mA直流模擬量輸出；另外，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的隔離電路比較復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電流輸出裝置，其能實(shí)現(xiàn)預(yù)定范圍值的直流模擬電 流。本實(shí)用新型提供一種電流輸出裝置，適用于自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括主控處理器，用以輸出串行數(shù)字信息；FPGA芯片，其輸入端連接所述主控處理器并將其輸出的串行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為PWM 信號(hào)輸出； 電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，其輸入端接收所述FPGA芯片輸出的PWM信號(hào)，用以提供一個(gè) 電壓控制的直流模擬信號(hào)并輸出。所述裝置還包括高速光電耦合器，連接所述FPGA芯片輸出端，用以數(shù)字信號(hào)和模 擬信號(hào)的隔離。所述裝置還包括場(chǎng)效應(yīng)管，其輸入端連接所述高速光電耦合器的副端，其輸出端 連接所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。所述場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)由電阻和電容組成的低通濾波器連接所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊包括多用途信號(hào)變送芯片及其外圍電路。所述多用途信號(hào)變送芯片包括兩路放大器，其中的一路放大器及其搭配電阻構(gòu)成 一電源連接所述高速光電耦合器，另外一路放大器及其搭配電阻構(gòu)成線性放大電路，輸出 放大的電壓信號(hào)。所述FPGA芯片通過(guò)SPI接口總線連接所述主控處理器。采用本實(shí)用新型所述的一種電流輸出裝置，通過(guò)FPGA芯片將主控處理器輸出的 串行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出，然后通過(guò)高速光電耦合器隔離數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)， 再通過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)換模塊提供一個(gè)電壓控制的直流模擬信號(hào)并輸出。本實(shí)用新型通過(guò)FPGA 芯片IO資源豐富的特點(diǎn)，方便的實(shí)現(xiàn)了多通道4mA 20mA模擬量輸出功能，將PWM信號(hào)放 大轉(zhuǎn)換成4mA 20mA電流輸出。本實(shí)用新型和傳統(tǒng)的方法相比，省去了 DA轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了數(shù)字、模擬系統(tǒng)隔離電路，此外選用的AM462芯片內(nèi)置了運(yùn)算放大器及參考電源，無(wú)需額 外配置放大器及電源。

圖1為傳統(tǒng)的4mA 20mA直流模擬量輸出流程圖；圖2為本實(shí)用新型所述裝置的原理框圖；圖3為本實(shí)用新型所述裝置的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型提供一種電流輸出裝置，適用于自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括主控處理器110，用以輸出串行數(shù)字信息。FPGA芯片U1，其輸入端連接所述主控處理器110并將其輸出的串行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換 為PWM信號(hào)輸出。高速光電耦合器U2，連接所述FPGA芯片U1輸出端，用以數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的隔罔。場(chǎng)效應(yīng)管Q1，其輸入端連接所述高速光電耦合器U2的副端，其輸出端連接所述電 壓電流轉(zhuǎn)換模塊130。場(chǎng)效應(yīng)管Q1通過(guò)由電阻和電容組成的低通濾波器120連接所述電壓 電流轉(zhuǎn)換模塊130。電壓電流轉(zhuǎn)換模塊130，其輸入端接收所述FPGA芯片U1輸出的PWM信號(hào)，用以提 供一個(gè)電壓控制的直流模擬信號(hào)并輸出。所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊130包括多用途信號(hào)變送 芯片及其外圍電路。參見圖3，作為一實(shí)施例，下面來(lái)詳細(xì)的介紹一下本實(shí)用新型所述裝置的電路結(jié) 構(gòu)，圖3展示了輸出4mA 20mA電流的所述裝置100的電路原理。首先采用了 FLASH工藝 的新型FPGA芯片U1,其模擬SPI接口接收主控處理器110 (CPU)的串行數(shù)字信息，轉(zhuǎn)換輸出 一定占空比的PWM信號(hào)，并通過(guò)高速光電耦合器U2 (型號(hào)6N137)隔離信號(hào)，從而簡(jiǎn)單方便地 實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的有效隔離，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。由于高速光電耦合器 U2導(dǎo)通時(shí)，副邊集電極、發(fā)射極之間有0. 3V左右的壓降，影響調(diào)節(jié)，故采用場(chǎng)效應(yīng)管Q1 (P溝 道MOS管)，消除管壓降的影響。圖中的電阻R5、電容C2構(gòu)成無(wú)源低通濾波器120，濾除PWM 信號(hào)高頻成分。電壓電流轉(zhuǎn)換模塊130采用德國(guó)AMG公司的AM462芯片U3(多用途信號(hào)變 送芯片)，該芯片還集成了兩路運(yùn)算放大器，其中一路放大器和內(nèi)置參考電壓及電阻R3、R4 配合構(gòu)成3. 3V的電源為高速光電耦合器U2供電，這樣就無(wú)需再提供獨(dú)立電源為高速光電 耦合器U2供電，可以減少電源器件的使用，大大降低設(shè)計(jì)成本；另外一路放大器和電阻R7、 R8構(gòu)成線性放大電路，放大電壓信號(hào)。放大后的電壓信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出4mA 20mA的直流模 擬電流。軟件根據(jù)需求控制PWM信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)控制電流的大小，比較方便，無(wú)需 在電路中設(shè)置電位器等調(diào)零元件，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。此外圖3中，三極管Q2起增強(qiáng)帶載能 力的作用，二極管D1保證電流正確的輸出方向，防止因接線錯(cuò)誤損壞電路。FPGA芯片U1具有豐富的IO資源，實(shí)現(xiàn)多路輸出功能，只需將FPGA芯片U1的其他 IO引腳輸出的PWM信號(hào)，按圖3所示的隔離放大轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)即可完成，方便實(shí)用。[0031] 本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新 型，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施 例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種電流輸出裝置，適用于自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括主控處理器，用以輸出串行數(shù)字信息；FPGA芯片，其輸入端連接所述主控處理器并將其輸出的串行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出；電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，其輸入端接收所述FPGA芯片輸出的PWM信號(hào)，用以提供一個(gè)電壓控制的直流模擬信號(hào)并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括高速光電耦合器，連接所述 FPGA芯片輸出端，用以數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的隔離。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括場(chǎng)效應(yīng)管，其輸入端連接所 述高速光電耦合器的副端，其輸出端連接所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)由電阻和電容組成的低 通濾波器連接所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。
5.如權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊包括多用 途信號(hào)變送芯片及其外圍電路。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述多用途信號(hào)變送芯片包括兩路放大器， 其中的一路放大器及其搭配電阻構(gòu)成一電源連接所述高速光電耦合器，另外一路放大器及 其搭配電阻構(gòu)成線性放大電路，輸出放大的電壓信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述FPGA芯片通過(guò)SPI接口總線連接所述 主控處理器。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種電流輸出裝置，通過(guò)FPGA芯片將主控處理器輸出的串行數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出，然后通過(guò)高速光電耦合器隔離數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，再通過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)換模塊提供一個(gè)電壓控制的直流模擬信號(hào)并輸出。本實(shí)用新型通過(guò)FPGA芯片IO資源豐富的特點(diǎn)，方便的實(shí)現(xiàn)了多通道4mA～20mA模擬量輸出功能，將PWM信號(hào)放大轉(zhuǎn)換成4mA～20mA電流輸出。本實(shí)用新型和傳統(tǒng)的方法相比，省去了DA轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了數(shù)字、模擬系統(tǒng)隔離電路，此外選用的AM462芯片內(nèi)置了運(yùn)算放大器及參考電源，無(wú)需額外配置放大器及電源。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201622452SQ20102010429
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者趙標(biāo) 申請(qǐng)人:上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所