專利名稱：信號(hào)隔離接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)類，特別是關(guān)于一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中保證前后級(jí)設(shè)備故 障隔離的信號(hào)隔離接口。
背景技術(shù)：
在航空航天領(lǐng)域，各種電子設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境相對(duì)比較惡劣，在使用過(guò)程中不可避 免會(huì)存在各種干擾和噪聲信號(hào)，這些信號(hào)可能影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。為保護(hù)后級(jí)設(shè)備，隔離 測(cè)試電路或被測(cè)電路的故障，保證測(cè)量結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性，測(cè)試電路與被測(cè)電路必須 做到嚴(yán)格的電氣隔離，且要求隔離電路應(yīng)具有較高的精度。常用的隔離方式主要有光電隔離、阻抗隔離等，光電隔離以光為媒介傳輸電信號(hào)， 利用發(fā)光二極管的導(dǎo)通特性，實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的非線性隔離，光電隔離方式主要用于開(kāi)關(guān)量 及數(shù)字信號(hào)隔離；阻抗隔離則通過(guò)隔離電阻產(chǎn)生壓降，來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，但會(huì)影響信號(hào)的 測(cè)量精度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是本實(shí)用新型提供了一種通過(guò)電磁隔離方式實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)隔 離，從而保證信號(hào)測(cè)量精度和設(shè)備安全的信號(hào)隔離接口。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種信號(hào)隔離接口，其包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大 器、隔離電源和可編程運(yùn)放電路，信號(hào)調(diào)理電路為同相放大電路，其輸出端連接到隔離放大 器的信號(hào)輸入端，所述隔離放大器和隔離電源的輸入級(jí)電源分別接地連接，隔離放大器和 隔離電源的輸出級(jí)電源也分別接地連接，所述隔離放大器輸出端連接到可編程運(yùn)放電路。隔離放大器具有一容性隔離柵。隔離放大器的信號(hào)輸入端和輸入信號(hào)地接入積分電路，積分電路經(jīng)恒流源與調(diào)制 電路相連，同時(shí)還有兩路與調(diào)制電路一起連接于隔離柵的一端，所述隔離柵的另一端連接 有解調(diào)電路，該解調(diào)電路一端連接恒流源，同時(shí)經(jīng)采樣保持電路后與連接到隔離放大器的 信號(hào)輸出端和信號(hào)輸出地。其信號(hào)調(diào)理電路的同相輸入端連接有電阻R3，反相輸入端連接有電阻R1，且同相 輸入端經(jīng)電阻R4接地，反相輸入端經(jīng)電阻R2連接于同相放大電路的輸出端。信號(hào)調(diào)理電路的電阻Rl = R3，R2 = R4。隔離電源的外部電源和內(nèi)部電源之間通過(guò)變壓器耦合連接。本實(shí)用新型的技術(shù)效果本實(shí)用新型選用隔離電源和隔離放大器設(shè)計(jì)信號(hào)隔離接 口，由隔離電源提供系統(tǒng)內(nèi)的浮地直流電源，將隔離電源和隔離放大器的輸入級(jí)電源和地 分別連接在一起，將隔離電源和隔離放大器的輸出級(jí)電源和地分別連接在一起。把信號(hào)源 端設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的噪聲干擾的傳輸路徑切斷，保護(hù)測(cè)試電路和被測(cè)電路，抑制 噪聲信號(hào)。附圖 說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型信號(hào)隔離接口一較佳實(shí)施方式的電路圖；圖2是本實(shí)用新型信號(hào)隔離接口中隔離放大器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實(shí)用新型信號(hào)隔離接口中隔離電源的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參閱圖1，其是本實(shí)用新型信號(hào)隔離接口第一實(shí)施方式的電路圖。所述信號(hào)隔離 接口包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大器、隔離電源和可編程運(yùn)放電路。其中，所述信號(hào)調(diào)理電路為同相放大電路，其同相輸入端連接有電阻R3，反相輸入 端連接有電阻R1，且同相輸入端經(jīng)電阻R4接地，反相輸入端經(jīng)電阻R2連接于同相放大電路 的輸出端。當(dāng)信號(hào)調(diào)理電路的電阻Rl = R3，R2 = R4時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路輸出電壓和輸入電 壓之間的關(guān)系是Vol = (Vm+-Vm,)* ^通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Rl R4的阻值，可以改變信號(hào)調(diào)理電路的放大倍數(shù)。因此所述信號(hào) 調(diào)理電路對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，使信號(hào)調(diào)理電路輸出電壓在-IOV +IOV 之間。所述信號(hào)調(diào)理電路輸出端Vol接到隔離放大器的信號(hào)輸入端Vin。所述隔離放大器 和隔離電源的輸入級(jí)電源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分別接在一起，隔離放大器和隔離電源的 輸出級(jí)電源(+Vs_l、-Vs_l)和地(AGND_1)分別接在一起，實(shí)現(xiàn)測(cè)量電路的前后級(jí)完全隔 離，保護(hù)測(cè)量電路和被測(cè)電路正常工作。所述隔離放大器輸出到可編程運(yùn)放電路，該可編程 運(yùn)放電路即圖1中的PGA，通過(guò)編程設(shè)置相應(yīng)增益系數(shù)，適當(dāng)放大信號(hào)。請(qǐng)參閱圖2，其是所述隔離放大器的結(jié)構(gòu)框圖。其中Vin為隔離放大器的信號(hào)輸入 端，Coml為輸入信號(hào)地，Vout為信號(hào)輸出端，Com2為信號(hào)輸出地，外部時(shí)鐘引腳為外部時(shí)鐘 同步模式時(shí)外部時(shí)鐘輸入端。所述隔離放大器采用一種新型調(diào)制-解調(diào)技術(shù)，以數(shù)字方式通過(guò)一個(gè)2pF容性隔 離柵傳輸信號(hào)。圖2中，隔離放大器的信號(hào)輸入端和輸入信號(hào)地接入積分電路，積分電路對(duì) 輸入信號(hào)和恒流源進(jìn)行積分，輸出端與滯回比較電路相連，滯回比較電路差分輸出端連接 于隔離柵，另一端連接比較器Al，Al控制恒流源輸出+IOOuA或-IOOuA電流。所述隔離柵 的另一端連接有解調(diào)電路，該解調(diào)電路一端連接恒流源，同時(shí)也經(jīng)采樣保持電路后與連接 到信號(hào)輸出端和信號(hào)輸出地。其中，所述積分電路對(duì)輸入信號(hào)和士 IOOuA恒流源進(jìn)行積分，將信號(hào)調(diào)制為占空 比不同的三角波信號(hào)，如果輸入信號(hào)Vin = 0，積分電路輸出為占空比為50%的三角波，輸 入信號(hào)Vin改變，積分電路輸出三角波占空比相應(yīng)改變。積分器輸出的三角波信號(hào)通過(guò)滯 回比較電路，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為占空比不同的方波信號(hào)。方波信號(hào)通過(guò)2pF容性隔離柵到 輸出端積分電路。所述隔離柵的采用數(shù)字調(diào)制方式，不影響信號(hào)的完整性，使隔離放大器具有極好 的可靠性和帶寬。解調(diào)電路對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，使輸出電壓Vout和輸入電壓Vin相等， 然后通過(guò)采樣保持電路去除解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生的紋波。[0024]所述隔離放大器有兩種工作方式自由運(yùn)行方式和同步方式，在自由運(yùn)行方式下， 隔離放大器獨(dú)立工作，具有60kHz帶寬。在同步方式下，隔離放大器可以使內(nèi)部調(diào)制器和一 個(gè)外部信號(hào)源同步，該性能在減小多通道系統(tǒng)中的差頻誤差和抑制交流信號(hào)及其諧波分量 非常有用。
請(qǐng)參閱圖3，其是所述隔離電源的原理示意圖。其中，Vs為電源供電引腳，Vout為 電源輸出引腳，OV為電源地，同步時(shí)鐘輸入引腳為外部時(shí)鐘同步模式時(shí)同步時(shí)鐘輸入端。同 步時(shí)鐘輸入與電源控制邏輯內(nèi)的內(nèi)部時(shí)鐘和看門狗相連，而電源供電引腳與電源控制邏輯 的過(guò)熱關(guān)斷模塊相連，而過(guò)熱關(guān)斷模塊與看門狗以及功率級(jí)相連，同時(shí)一重置開(kāi)關(guān)同時(shí)連 接內(nèi)部時(shí)鐘、看門狗和功率級(jí)。所述隔離電源的基本功能是將外部電源與內(nèi)部電源隔離，提 供系統(tǒng)內(nèi)的浮地直流電源。它的電能量傳遞是通過(guò)高度絕緣的變壓器直接耦合而完成的。 隔離電源內(nèi)部時(shí)鐘為800kHz，使用推挽式、中間抽頭結(jié)構(gòu)以400kHz頻率轉(zhuǎn)換電能，通過(guò)變 壓器隔離電源前后級(jí)，看門狗和過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)電路不受破壞。綜上所述本實(shí)用新型信號(hào)隔離接口以電磁隔離方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的線性隔離，信號(hào)隔 離接口主要包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大器、隔離電源、可編程運(yùn)算電路。其中，信號(hào)調(diào)理電 路對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大。隔離電源采用變壓器隔離方式實(shí)現(xiàn)前后級(jí) 電源隔離，隔離放大器采用隔離柵方式實(shí)現(xiàn)前后級(jí)隔離。本實(shí)用新型通過(guò)將隔離放大器和 隔離電源的輸入級(jí)的電源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分別連接在一起，將隔離放大器和隔離電 源的輸出級(jí)的電源(+Vs_l、-Vs_l)和地(AGND_1)分別連接在一起。把前后兩級(jí)噪聲干擾 的傳輸路徑切斷，保護(hù)測(cè)試電路和被測(cè)電路，抑制噪聲信號(hào)。輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)同相比例電路，根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)適當(dāng)放大或縮小。信號(hào)經(jīng) 過(guò)調(diào)理后，輸入到隔離放大器輸入端(Vin)，隔離放大器輸出信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行采集。因此本實(shí)用新型采用隔離電源和隔離放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)線性隔離，保證信號(hào)采集和 測(cè)量精度，并將測(cè)試設(shè)備與被測(cè)設(shè)備之間的故障隔離，保證測(cè)試設(shè)備和被測(cè)設(shè)備安全，抑制
噪聲信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種信號(hào)隔離接口，其特征在于包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大器、隔離電源和可編 程運(yùn)放電路，信號(hào)調(diào)理電路為同相放大電路，其輸出端連接到隔離放大器的信號(hào)輸入端，所 述隔離放大器和隔離電源的輸入級(jí)電源分別接地連接，隔離放大器和隔離電源的輸出級(jí)電 源也分別接地連接，所述隔離放大器輸出端連接到可編程運(yùn)放電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)隔離接口，其特征在于隔離放大器具有一容性隔離柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)隔離接口，其特征在于隔離放大器的信號(hào)輸入端和輸 入信號(hào)地接入積分電路，積分電路經(jīng)恒流源與調(diào)制電路相連，同時(shí)還有兩路與調(diào)制電路一 起連接于隔離柵的一端，所述隔離柵的另一端連接有解調(diào)電路，該解調(diào)電路一端連接恒流 源，同時(shí)經(jīng)采樣保持電路后與連接到隔離放大器的信號(hào)輸出端和信號(hào)輸出地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)隔離接口，其特征在于其信號(hào)調(diào)理電路的同相輸入端 連接有電阻R3，反相輸入端連接有電阻R1，且同相輸入端經(jīng)電阻R4接地，反相輸入端經(jīng)電 阻R2連接于同相放大電路的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)隔離接口，其特征在于信號(hào)調(diào)理電路的電阻Rl= R3， R2 = R4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的信號(hào)隔離接口，其特征在于隔離電源的外部電 源和內(nèi)部電源之間通過(guò)變壓器耦合連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)類，特別是關(guān)于一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中保證前后級(jí)設(shè)備故障隔離的信號(hào)隔離接口。所述的信號(hào)接口電路包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大器電路、隔離電源和可編程運(yùn)放電路。信號(hào)調(diào)理電路為同相放大電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大或衰減；隔離放大器以隔離柵方式實(shí)現(xiàn)隔離，隔離電源以變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。將隔離放大器和隔離電源輸入端電源和地連接在一起，輸出端電源和地分別連接在一起，實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)線性隔離?？删幊踢\(yùn)放電路通過(guò)編程設(shè)置相應(yīng)增益。本信號(hào)隔離接口通過(guò)使用隔離放大器和隔離電源電路，實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備和被測(cè)設(shè)備電路完全隔離，保護(hù)被測(cè)設(shè)備，抑制信號(hào)噪聲，提高信號(hào)采集精度和安全性。
文檔編號(hào)H03K19/0175GK201860313SQ201020619919
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者宋恒, 徐彤 申請(qǐng)人:陜西千山航空電子有限責(zé)任公司