隔離傳輸電路的製作方法
2023-12-10 06:46:52 2
專利名稱：隔離傳輸電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳輸電路，尤其涉及一種隔離傳輸電路。
背景技術：
在許多實際的應用系統中，很多情況下需要對模擬信號進行隔離的模數轉
換(ADC)。通常的做法有以下幾種第一種是在ADC的輸入端增加一個模 擬信號變壓器，對模擬信號先進行隔離之後再進行ADC。第二種是將ADC的 時鐘信號通過光電耦合器傳輸到ADC，並將ADC的輸出信號用光電耦合器傳 輸回來。以上二種方式都可以完成隔離的信號採集，它們的特點分別如下第 一種方式中，模擬的信號變壓器體積大、成本高，性能低，而且不能用於直流 信號的採集；第二種方式需要使用兩個光電耦合器，而且對於高速信號的採集， 需要使用高速光電耦合器，體積大，成本高，電能消耗大。
發明內容
鑑於上述現有技術的缺點，本發明提出一種隔離傳輸電路，具有體積小、 成本低的特點。
本發明所提出的一種隔離傳輸電路，包括小信號變壓器，其具有一次側 和二次側；時鐘驅動器，連接所述第一設備，以驅動輸出一來自該第一設備的
時鐘信號；第一阻抗元件，連接該時鐘驅動器與該小信號變壓器的一次側，將 該時鐘信號耦接至該小信號變壓器的一次側；第一參考信號產生器，連接該時 鍾驅動器，產生一與該時鐘信號成比例的第一參考信號；數據驅動器，連接所 述第二設備，以驅動輸出一來自該第二設備的數據信號；第二阻抗元件，將該 數據信號耦接至該小信號變壓器的二次側，其中該數據信號與該時鐘信號在該 小信號變壓器混合形成一傳輸信號；第二參考信號產生器，連接該數據驅動器， 產生一與該數據信號成比例的第二參考信號；時鐘輸出比較器，連接該第二參考信號和該小信號變壓器的二次側，該時鐘輸出比較器依據該第二參考信號從 該小信號變壓器的傳輸信號中除去該數據信號，以輸出該時鐘信號至該第二設 備；以及數據輸出比較器，連接該第一參考信號和從該小信號變壓器的一次側， 該數據輸出比較器依據該第一參考信號從該小信號變壓器的傳輸信號中除去 該時鐘信號，以輸出該數據信號至該第一設備。
在上述的隔離傳輸電路中，該傳輸信號中包含的時鐘信號電壓分量等於該 第一參考信號的電壓，該傳輸信號中包含的數據信號電壓分量等於該第二參考 信號的電壓。
在上述的隔離傳輸電路中，舉例來說，該第一參考信號與該時鐘信號電壓
之比為1:2，該第二參考信號與該數據信號電壓之比為1:2，而該第一阻抗元件 與該第二阻抗元件的阻值之比為1:1。
在上述的隔離傳輸電路中，該第一參考信號產生器包括一第一分壓電路， 該第一分壓電路包括第一電阻、第二電阻和第三電阻，該第一電阻連接於一高 電位和一參考節點之間，該第二電阻連接於該參考節點和一低電位之間，該第 三電阻連接於該時鐘驅動器與該參考節點之間，該參考節點輸出該第一參考信 號。其中，該第一電阻、第二電阻與第三電阻的阻值比例如為2:2:1。
在上述的隔離傳輸電路中，該第二參考信號產生器包括一第二分壓電路， 該第二分壓電路包括第四電阻、第五電阻和第六電阻，該第四電阻連接於一高 電位和一分壓節點之間，該第五電阻連接於該分壓節點和一低電位之間，該第 六電阻連接於該時鐘驅動器與該分壓節點之間，該分壓節點輸出該第二參考信 號。其中，該第四電阻、第五電阻與第六電阻的阻值比例如為2:2:1。
綜上所述，本發明只採用了一個小信號變壓器加上少量器件就可組成隔離 傳輸電路，同時傳輸時鐘信號和數據信號，與現有技術相比，本發明具有體積 小、成本低、容易實現的優點。
為讓本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發 明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1是本發明的隔離傳輸電路用於在兩個設備之間隔離傳輸信號的示意圖。
5圖2是本發明一個實施例的信號隔離傳輸電路圖。 圖3是圖2的等效電路圖。
圖4是對應圖2各點的波形示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明一個實施例的信號隔離傳輸電路30用以在作為第一設備 的數據處理設備10與作為第二設備的模數轉換器20之間傳輸信號，其中時鐘信號 由數據處理設備10向模數轉換器20提供，以作為模數轉換器20的控制轉換速率 的時鐘。模數轉換之後的數位訊號Data會經隔離傳輸電路30回傳給數據處理設備 10。當然，本發明並不僅限於圖l所示的應用，本領域技術人員可知本發明的第一 設備和第二設備還可以是其他種類的設備。
圖2是本發明一個實施例的信號隔離傳輸電路圖。如圖2所示，此隔離傳輸 電路30包括小信號變壓器31、時鐘驅動器32、第一阻抗元件33，第一參考信號 產生器34、數據輸出比較器35、數據驅動器36、第二阻抗元件37、第二參考信號 產生器38以及時鐘輸出比較器39。
小信號變壓器31具有一次側(D點一側)和二次側(F點一側)， 一次側和 二次側分別串聯一隔直流電容C1、 C2。
時鐘驅動器32連接數據處理器設備10，將A點的時鐘信號CLK(波形如圖 4中A所示)經過驅動後在輸出端提供，並經第一阻抗元件33耦接至該小信號 變壓器31的一次側(D點)，經過隔直流電容C1施加到小信號變壓器31上隔離 輸出至二次側(F點)。
第一參考信號產生器34連接時鐘驅動器32，據此產生一在電壓上與該時鐘信 號成比例的第一參考信號Uc (波形如圖4中C所示)。作為簡化，此比例例如為 1/2，即U^1/2Ua。為此，第一參考信號產生器34包括連接高電位VDD的第一 電阻，其阻值為2RR， 一阻值為2RK的第二電阻連接參考節點C和低電位VSS(如 接地)， 一阻值為rr的第三電阻連接時鐘驅動器32的輸出與參考節點C。如 果A點的驅動波形是佔空比為50%的時鐘信號，則驅動器32輸出節點的直流 電位為1/2電源電壓，C點對交流地的等效阻抗為兩個2RR的電阻並聯，為RR， 所以最終C點的直流電位為1/2電源電壓，交流信號則為驅動器32輸出的交流信號的1/2， WUC=1/2UA。
數據驅動器36連接模數轉換器20，會將G點的第一電流數據Dp經過驅動 後在其輸出端輸出。為了保持驅動器36輸入信號的不包含直流分量，需將模數 轉換器20的輸出數據流和時鐘信號CLK做一次異或運算(XOR)，得到一個 雙向碼編碼後的數位訊號Data (波形如圖4中G所示)，此數位訊號Data經過 第二阻抗元件37耦接至小信號變壓器31的二次側(F點)，經過隔直流電容C2 施加到小信號變壓器31上隔離輸出至一次側(D點)。
第二參考信號產生器38連接數據驅動器36，據此產生一在電壓上與該數字 信號Data成比例的第一參考信號UE。作為簡化，此比例例如為1/2，即UE=1/2UG。 為此，第二參考信號產生器38包括連接高電位VDD的第四電阻，其阻值為2RR， 一阻值為2RR的第五電阻連接參考節點E和低電位VSS (如接地)， 一阻值為 RK的第六電阻連接數據驅動器36的輸出與參考節點E。由於G點的驅動波形 是數位訊號Data，則驅動器36輸出節點的直流電位為1/2電源電壓，E點對交 流地的等效阻抗為兩個2RR的電阻並聯，為RR，所以最終E點的直流電位為 1/2電源電壓，交流信號則為驅動器36輸出的交流信號的1/2，即U^l/2Uc3(波 形如圖4中E所示)。
在小信號變壓器31中，該數位訊號Data與時鐘信號CLK會混合形成一傳輸 信號。下面分析這一信號。如圖2所示，兩個電容均為隔直電容，容量較大，對 傳輸的信號來說阻抗非常小，可忽略不計。在本實施例中，變壓器31的兩個 繞組匝數比為1:1，即變壓器31兩端的阻抗比以及電壓比均為1:1。當把小信 號變壓器31兩側的電路共地，而使數據處理設備10和模數轉換器20連接在 一起時，其交流等效電路如圖3所示，此時D點和F點的電壓相等，均為兩個 驅動器輸出電壓的均值，即為(UA+Uc)/2，(波形分別如圖4中D和F所示)等 效電容50可以隔斷直流信號。
數據輸出比較器35連接C點的第一參考信號Uc以及D點的傳輸信號，C點 電壓為A點信號經過時鐘驅動器32後電壓的一半，即Ua/2，那麼把C點電壓 和D點電壓送到比較器35中，比較器的輸出即為對D點電壓和C點電壓之差 值(波形分別如圖4中D-C所示)的整形後波形sgn((UA+UG)/2-UA/2)= sgn(UG/2)。從而完全恢復出G點的信號，即數位訊號Data，輸出至數據處理設備10。
類似地，時鐘輸出比較器39連接E點的第二參考信號UE以及F點的傳輸信 號，E點電壓為G點信號經過數據驅動器36後電壓的一半，即Ue/2，那麼把E 點電壓和F點電壓送到比較器39中，比較器的輸出即為對F點電壓和E點電 壓之差值(波形分別如圖4中F-E所示)的整形後波形sgn((UA+UG)/2-UG/2)= sgn(UA/2)，從而完全恢復出A點的時鐘信號CLK，輸出至模數轉換器20中。
經過以上處理之後，從模數轉換器20側的H點可以得到數據處理設備10 輸出的時鐘信號，從B點可以得到模數轉換器20的數位訊號，同時起到了隔 離的作用。值得一提的是，按照上述的方法，B點的信號為模數轉換器20的輸 出數據流和時鐘信號的異或，所以在進入數據處理設備10之前，還需要先和 本地時鐘進行異或，以恢復原始的模數轉換器輸出信號。
在上面的實施例中，為簡化計算而進行的處理，如將參考節點C的交流電 壓設置為A點電壓的一半、將將參考節點E的交流電壓設置為G點電壓的一 半、以及使第一、第二阻抗元件33、 37的阻值均為R，不應視為對本發明的限 制。在實際中，在保證C點信號大致等於傳輸信號中包含的時鐘信號分量，而 E點信號大致等於傳輸信號中包含的電流數據分量的條件下，本領域技術人員 完全可作不同的分壓比設計。
綜上所述，本發明只採用了一個小信號變壓器加上少量器件就可組成隔離 傳輸電路，同時傳輸時鐘信號和數據信號，與現有技術相比，本發明具有體積 小、成本低、容易實現的優點。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善， 因此本發明的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1. 一種隔離傳輸電路，用以在第一設備與第二設備之間傳輸時鐘信號和數據信號，其特徵在於，所述隔離傳輸電路包括小信號變壓器，其具有一次側和二次側；時鐘驅動器，連接所述第一設備，以驅動輸出一來自該第一設備的時鐘信號；第一阻抗元件，連接該時鐘驅動器與該小信號變壓器的一次側，將該時鐘信號耦接至該小信號變壓器的一次側；第一參考信號產生器，連接該時鐘驅動器，產生一與該時鐘信號成比例的第一參考信號；數據驅動器，連接所述第二設備，以驅動輸出一來自該第二設備的數據信號；第二阻抗元件，將該數據信號耦接至該小信號變壓器的二次側，其中該數據信號與該時鐘信號在該小信號變壓器混合形成一傳輸信號；第二參考信號產生器，連接該數據驅動器，產生一與該數據信號成比例的第二參考信號；時鐘輸出比較器，連接該第二參考信號和該小信號變壓器的二次側，該時鐘輸出比較器依據該第二參考信號從該小信號變壓器的傳輸信號中除去該數據信號，以輸出該時鐘信號至該第二設備；數據輸出比較器，連接該第一參考信號和從該小信號變壓器的一次側，該數據輸出比較器依據該第一參考信號從該小信號變壓器的傳輸信號中除去該時鐘信號，以輸出該數據信號至該第一設備。
2. 如權利要求l所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該傳輸信號中包含的時 鍾信號電壓分量等於該第一參考信號的電壓，該傳輸信號中包含的數據信號電壓分 量等於該第二參考信號的電壓。
3. 如權利要求1或2所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第一參考信號與 該時鐘信號電壓之比為1:2，而該第一阻抗元件與該第二阻抗元件的阻值之比為 1:1。
4. 如權利要求1或2所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第二參考信號與 該數據信號電壓之比為1:2，而該第一阻抗元件與該第二阻抗元件的阻值之比為1:1。
5. 如權利要求l所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第一參考信號產生器 包括一第一分壓電路，該第一分壓電路包括第一電阻、第二電阻和第三電阻，該第 一電阻連接於一高電位和一參考節點之間，該第二電阻連接於該參考節點和一低電 位之間，該第三電阻連接於該時鐘驅動器與該參考節點之間，該參考節點輸出該第 一參考信號。
6. 如權利要求5所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第一電阻、第二電阻 與第三電阻的阻值比為2:2:1。
7. 如權利要求1所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第二參考信號產生器 包括一第二分壓電路，該第二分壓電路包括第四電阻、第五電阻和第六電阻，該第 四電阻連接於一高電位和一分壓節點之間，該第五電阻連接於該分壓節點和一低電 位之間，該第六電阻連接於該時鐘驅動器與該分壓節點之間，該分壓節點輸出該第 二參考信號。
8. 如權利要求7所述的隔離傳輸電路，其特徵在於，該第四電阻、第五電阻 與第六電阻的阻值比為2:2:1。
全文摘要
本發明公開一種隔離傳輸電路，用以在第一設備與第二設備之間傳輸時鐘信號和數據信號，隔離傳輸電路包括小信號變壓器，其具有一次側和二次側。時鐘驅動器輸出來自第一設備的時鐘信號至一次側。數據驅動器輸出來自第二設備的數據信號至二次側。在一次側，第一參考信號產生器產生與該時鐘信號成比例的第一參考信號。數據輸出比較器依據第一參考信號從小信號變壓器的混合了時鐘信號和數據信號的傳輸信號中除去時鐘信號，以輸出該數據信號至第一設備。在二次側，第二參考信號產生器產生與數據信號成比例的第二參考信號。時鐘輸出比較器依據第二參考信號從小信號變壓器的混合了時鐘信號和數據信號的傳輸信號除去數據信號，以輸出時鐘信號至第二設備。
文檔編號H03K19/0175GK101483427SQ20081003236
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者宋朝盛 申請人:彌亞微電子(上海)有限公司