高速隔離通信器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通信隔離電路，特別涉及一種高速隔離通信器。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)掌握的電子市場(chǎng)信息，RS-232協(xié)議應(yīng)用非常廣泛。目前PC上所搭載的RS-232模塊通信速率最高可以達(dá)到921.6kbps，但市場(chǎng)上還沒(méi)有出現(xiàn)針對(duì)這種速率的TTL轉(zhuǎn)RS-232的通訊模塊。目前在電子醫(yī)療產(chǎn)品中，由于需要采集的人體信號(hào)數(shù)據(jù)量巨大，通訊的波特率一般在500kbps以上，并且生物信號(hào)極其微弱，容易受到噪聲干擾。所以需要一種通信速率快，隔離效果好，并且性能穩(wěn)定的通訊模塊。
[0003]市場(chǎng)上現(xiàn)有的TTL轉(zhuǎn)RS-232的通訊模塊波特率最高為115.2kbps。高于此通信速度的只有TTL轉(zhuǎn)USB設(shè)備。雖然通信速度可以滿足，但是無(wú)隔離功能，且抗干擾能力較差。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失和影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0004]傳統(tǒng)的TTL轉(zhuǎn)USB電路，因?yàn)闆](méi)有隔離部分，使得被測(cè)板上的三個(gè)獨(dú)立模塊(AGND，DGND，AFE)在測(cè)試過(guò)程中不同類(lèi)型的地被短接，且與PC的大地連通，形成多個(gè)閉合回路，容易受到外圍電路的干擾，大大降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)會(huì)引入PC端的干擾，使得測(cè)量數(shù)據(jù)失真。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種高速隔離通信器，本申請(qǐng)結(jié)合本公司在醫(yī)療器械開(kāi)發(fā)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，提出了一種高速隔離通信器的設(shè)計(jì)方案，解決了傳統(tǒng)測(cè)試電路的被測(cè)板上的AGND，DGND，AFE在PC端被短路，使得在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)的分地設(shè)計(jì)被重新短接，產(chǎn)品在測(cè)試時(shí)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的式樣要求的問(wèn)題。同時(shí)也解決了從PC端引入50Hz的工頻干擾、測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性低，測(cè)試的時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的第一個(gè)發(fā)明目的在于在通信器上設(shè)計(jì)一種無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的磁耦隔離電路，以消除傳統(tǒng)光耦合器的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移的問(wèn)題。
[0007]高速隔離通信器，包括輸入端、輸出端和通信轉(zhuǎn)換單元，輸入端和輸出端與通信轉(zhuǎn)換單元連接，其特征在于，還包括磁耦隔離模塊，所述輸入端與通信轉(zhuǎn)換單元之間通過(guò)磁耦隔尚申旲塊連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述磁耦隔離模塊包括至少一個(gè)磁耦。
[0009]進(jìn)一步地，所述磁耦合隔離模塊包括磁耦Ul、磁耦U2和磁耦U3，所述磁耦(Ul)、磁耦(U2)和磁耦(U3)分別對(duì)應(yīng)被測(cè)板DGND模塊RS-232串口的電源端口、數(shù)據(jù)發(fā)送端口、數(shù)據(jù)接收端口、請(qǐng)求發(fā)送端口和清除請(qǐng)求端口，即POWER、TXD、RXD、RTS和CTS端口。所述磁耦(Ul)、磁耦(U2)和磁耦(U3)的GNDl腳均連接至GNDF端。本申請(qǐng)可以使被測(cè)板的DGND、AGND、AFE端口相互之間獨(dú)立，不會(huì)被PC端GND干擾，使檢測(cè)電路形成的回路面積很小，不易受到噪聲的干擾。
[0010]進(jìn)一步地，所述磁耦Ul為型號(hào)F0305XT-1WR2的直流磁耦隔離器。
[0011]進(jìn)一步地，所述磁耦U2和磁耦U3為型號(hào)ADuM1201AR的雙通道數(shù)字隔離器。
[0012]所述磁耦隔離模塊為3kV的磁耦隔離，相比于常用的光電隔離消除了不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問(wèn)題。同時(shí)功耗降低了90%，IC的兩端為獨(dú)立供電，不會(huì)對(duì)采集端的信號(hào)造成二次干擾。
[0013]進(jìn)一步地，所述通信轉(zhuǎn)換單元為型號(hào)為MAX3225的U4信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片，所述U4信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片的T11N引腳和T21N引腳分別與磁耦U2的VOB引腳、磁耦U3的VOB引腳相連接。該芯片具有高速率，低功耗，低電流驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]進(jìn)一步地，所述磁耦隔離模塊與輸入端之間設(shè)置有第一濾波電路。根據(jù)信號(hào)采集信號(hào)的特性第一濾波電路選用了低通濾波器。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一濾波電路包括四個(gè)RC濾波單元，RC濾波單元分別設(shè)置在輸入端與磁耦U2相連接的引線以及輸入端與磁耦U3相連接的引線上。且四個(gè)RC濾波單元之間相互獨(dú)立。為了更好地適用本公司產(chǎn)品，RC濾波單元的截止頻率為700kHz，后期可以根據(jù)需要對(duì)截止頻率調(diào)整，最高可達(dá)到IMHz。
[0016]進(jìn)一步地，還包括去耦電容(09、(:10、(:11、(:12)，去耦電容(09、(:10、(:11、(:12)分別安裝在磁親U2和磁親U3的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端。
[0017]進(jìn)一步地，還包括防止磁耦U2和磁耦U3擊穿的下拉電阻R5，所述下拉電阻R5電阻值3.3K。
[0018]所述每個(gè)RC濾波單元包括一個(gè)電阻(Rl、R2、R3、R4)和一個(gè)電容(C5、C6、C7、C8)。
[0019]所述與磁耦U2和磁耦U3的VOA引腳連接的RC濾波單元的電阻(R1、R3)為100R、電容(C5、C7)為2.2nF。所述與磁耦U2和磁耦U3的VIB引腳連接的RC濾波單元的電阻(R2、R4)為11R、電容(C6、C8)為470pF。
[0020]進(jìn)一步地，所述通信轉(zhuǎn)換單元與輸出端之間設(shè)置有第二濾波電路。
[0021]進(jìn)一步地，所述第二濾波電路包括四個(gè)RC濾波單元，RC濾波單元設(shè)置在輸出端與通信轉(zhuǎn)換單元相連接的引線上。且四個(gè)RC濾波單元之間相互獨(dú)立。
[0022]進(jìn)一步地，所述RC濾波單元還包括抗干擾用的磁珠(FB3、FB4、FB5、FB6)，所述磁珠(FB3、FB4、FB5、FB6)與RC濾波單元串聯(lián)。
[0023]進(jìn)一步地，所述輸入端為6引腳，包括電源供給引腳(5，6)、TX引腳、RX引腳、RTS引腳、CTS引腳，本輸入端可以提供雙通道的信號(hào)輸入回路，每個(gè)通道可以獨(dú)立工作，不相互影響。電源取自被測(cè)板的電壓信號(hào)，然后通過(guò)磁耦合隔離模塊把3.3V轉(zhuǎn)換為5V，供給隔離后端的IC使用。
[0024]進(jìn)一步地，還包括防止第二濾波電路擊穿的下拉電阻R6，所述下拉電阻R5電阻值3.3Κο
[0025]進(jìn)一步地，還包括通過(guò)U4信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片給磁耦U2和磁耦U3供電的電解電容(C16、C17)和瓷片電容C15。
[0026]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0027]a)本實(shí)用新型采用了磁耦合隔離取代了目前光電隔離，磁耦隔離消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移的問(wèn)題，功耗降低了 90%;并且無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。
[0028]b)本實(shí)用新型采用的高速TTL轉(zhuǎn)RS-232轉(zhuǎn)換芯片，理論最高速率可以達(dá)到IMkbs，但是為了和本公司產(chǎn)品匹配，本實(shí)用新型在輸入端和輸出端均加入了低通濾波電路，截止頻率為700kHz，防止被測(cè)信號(hào)受到高頻噪聲干擾。本實(shí)用新型采用的芯片具有±15kV的ESD保護(hù)，電荷栗只需要四個(gè)0.UiF電容從一個(gè)3.3V的電源供給操作，可同時(shí)滿足兩通道的高速通信要求。
[0029]c)本實(shí)用新型可以直接從被測(cè)對(duì)象中取電，通過(guò)DC-DC隔離轉(zhuǎn)換模塊把被測(cè)板上的3.3轉(zhuǎn)換為3.3V或5V，供給轉(zhuǎn)換IC使用，每個(gè)IC的最低驅(qū)動(dòng)電流僅為ΙμΑ，對(duì)被測(cè)試電路板的影響可以忽略不計(jì)。
[0030]d)輸入和輸出部分均采用RC濾波電路，對(duì)信號(hào)的輸入和輸出起到良好的保護(hù)，防止PC端的噪聲向被測(cè)板專(zhuān)遞，保持轉(zhuǎn)換前后的信號(hào)相互獨(dú)立，不會(huì)相互干擾。
[0031]本方案從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)目前RS-232通信模塊的現(xiàn)狀，重新設(shè)計(jì)了通信轉(zhuǎn)換電路，該電路具有強(qiáng)隔離，高速率，抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，這種通信器在測(cè)試時(shí)使得被測(cè)板完全可以保持AGND，DGND，AFE相互獨(dú)立，降低了回路的面積，外部噪聲對(duì)被測(cè)板的影響較小，同時(shí)PC端50Hz的工頻干擾也不能傳遞到被測(cè)板，保證了測(cè)試信號(hào)的準(zhǔn)確性，并縮短了測(cè)試時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0032]為能更清楚理解本實(shí)用新型的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0033]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；
[0034]圖2為本實(shí)用新型的電路圖；
[0035]圖3為本實(shí)用新型的磁親Ul的回路圖；
[0036]圖4為本實(shí)用新型的PCB版圖；
[0037]圖5為本申請(qǐng)數(shù)據(jù)包檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖；
[0038]圖6為本申請(qǐng)使用前波形圖；
[0039]圖