一種折線型信號隔離電路的製作方法
2023-06-15 02:13:06 1
專利名稱：一種折線型信號隔離電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種折線型變換的信號隔離電路。
背景技術：
信號隔離電路用於輸入和輸出信號的變換，在一些微功率電路模塊中信號隔離電路主要用於將輸入信號0～20mA(為0起點)變換成4～20mA輸出。上述輸入和輸出信號的變換可以分為直線型信號變換和折線型信號變換，用數學語言表達方式，對直線型信號隔離輸出定義如下如圖1，設輸入信號為x，輸出信號為y。則有y＝x對摺線型信號隔離輸出定義如下如圖2，設輸入信號為x，輸出信號為y。則有當0≤x＜4mA 則y＝4mA當x≥4mA 則y＝x現有折線型變換的信號隔離電路通常用單片機控制的數字方式實現，原理是將輸入的模擬信號A/D轉換成數位訊號，通過CPU處理後再經過D/A轉換成模擬信號。數字方式能夠很方便地對輸入信號作任意變換後輸出，缺點是至少需要一個A/D，一個CPU，一個D/A，材料成本高，需要編程實現，並且程序運行時容易受幹擾程序跑飛造成系統癱瘓。
發明內容
本發明的目的在於提供一種成本低、抗幹擾強的折線型信號隔離電路。
上述目的可通過以下的技術措施來實現一種折線型信號隔離電路，包括用於產生一個精準的電壓的電壓基準電路、用於輸入電壓和基準電壓比較的電壓比較器、用於選擇信號通道的模擬開關電路、用於將電壓信號轉換成所需電壓或者電流信號的後級處理電路和用於信號隔離輸出的直線型信號隔離電路，電壓基準電路的輸出端分別連接電壓比較器和模擬開關電路的基準電壓輸入端，待轉換的輸入信號連接電壓比較器和模擬開關電路的待轉換電壓輸入端，電壓比較器的輸出端連接模擬開關電路的選通信號輸入端，模擬開關電路輸出端經後級處理電路接入直線型信號隔離電路。
本發明還包括用於將輸入的不同種類型信號轉換成電壓信號的前置處理電路，前置處理電路的輸出端連接電壓比較器和模擬開關電路的待轉換電壓輸入端。
本發明與現有技術相比具有以下優點(1)成本低，按本發明的成本計算，前置處理電路和後級處理電路只需一個通用的運算放大器IC，一隻三極體和少量電阻實現例如運算放大器用LM358(LM358內部有雙運放)，該部分電路成本約1.50元。電壓基準用TL43B，成本為0.5元，模擬開關用TS5A3159成本約1.50元。總成本為1.5+0.5+1.5＝3.5元。而用數字電路實現，集成AD和DA轉換的單片機IC成本價至少為30.0元。
(2)生產和調試簡單，不用程序控制，抗幹擾強。
圖1為直線型信號隔離輸出的數學方式表達示圖；圖2為折線型信號隔離輸出的數學方式表達圖；圖3為折線型信號隔離電路的原理框圖；圖4為折線型信號隔離電路具體實施案例。
具體實施例方式
如圖3所示，前置處理電路的作用是將輸入的不同種類型信號轉換成電壓信號，例如將0～20mA電流信號轉換成0～5V電壓信號；輸入的信號可以是電壓信號，也可以是電流信號；前置處理電路的輸出端分別接到電壓比較器和模擬開關的待轉換電壓輸入端A。當輸入的信號為電壓信號時，可以去掉前置處理電路，輸入的信號直接接到電壓比較器和模擬開關的待轉換電壓輸入端A。
電壓基準電路用於產生一個精準的電壓輸出；Vref端為基準電壓輸出端；電壓基準電路的基準電壓輸出分別接到電壓比較器和模擬開關的基準電壓輸入端B。
電壓比較器A端為第一路信號輸入，輸入待轉換電壓信號；B端為第二路信號輸入，輸入基準電壓；C為信號輸出端。該電路的功能是對A、B兩輸入端的電壓信號作比較，當A端的電壓大於B端的電壓則C端輸出高電平，而當A端的電壓小於B端的電壓則C端輸出低電平。
模擬開關電路的A端為第一路信號輸入，輸入外接電壓信號；B端為第二路信號輸入，輸入基準電壓；D端為信號輸出，S端為選通信號輸入，連接電壓比較器輸出端C。當S端為高電平時，A端與D端低阻態連通，電信號可從A端傳到D端。而當S端為低電平時B端與D端低阻態連通，電信號可從B端傳到D端。
後級處理電路將模擬開關電路輸出的電壓信號轉換成所需電壓或者電流信號；例如將1～5V轉換成4～20mA信號。再經直線型信號隔離電路隔離輸出所需的轉換信號。
上述信號處理流程如下待轉換的信號輸入前置處理電路，經處理後輸出0～5V的電壓信號。電壓基準電路的Vref端輸出精準的1V信號。0～5V的信號和1V的信號分別送入電壓比較器的A、B端。當前置處理電路的輸出電壓小於基準電壓1V時，電壓比較器的C端輸出低電平，即模擬開關的S端為低電平，此時模擬開關的B端與D端低阻連通，D端輸出精準的1V信號，後級處理信號將1V信號轉換成4mA輸出。而當前置處理電路的輸出電壓大於基準電壓1V時，電壓比較器的C端輸出高電平，即模擬開關的S端為高電平，此時模擬開關的A端與D端低阻連通，D端輸出的電壓信號等於前置處理電路的輸出電壓信號，後級處理信號輸入直線型信號隔離電路將該信號轉換成比例電流輸出。當從IN端輸入一個0～20mA的電流信號，則經信號變換處理後OUT輸出端與輸入端有如下的函數關係設輸入信號為x，輸出信號為y。則有當0≤x＜4mA則y＝4mA當x≥4mA 則y＝x由此實現折線信號調理。圖中電源電路為各部分電路提供工作電壓。
圖4為具體的電路，所述前置處理電路包括電阻R100和運算放大器U3A；電阻一端與運算放大器的正相輸入端相連，電阻的另一端與電源地相連。運算放大器接成電壓跟隨器，運算放大器的第8腳接電源正，第4腳接電源地，運算放大需的第1腳與第2腳相連，信號由第1腳輸出。所述電壓基準電路包括電阻R301、穩壓管T100和運算放大器U3B，電阻的一端與電源正Vcc相連，另一端與穩壓管T100的1、2腳相連。穩壓管的第3腳接電源地GND，運算放大器接成電壓跟隨器，穩壓管的1、2腳與U3B的第5腳相連，U3B的第6、7腳相連；電壓基準由U3B的第6、7腳輸出。所述電壓比較器包括運算放大器的一個單元U1A，U3A的1、2腳與U1A的第3腳相連，U3B的第6、7腳與U1A的第2腳相連。電較器的比較結果由6、7腳輸出到U4的第6腳。所述模擬開關包括一個模擬開關U4，前置處理電路的輸出即U3A的第1腳與U4的第6腳相連，電壓基準的輸出即U3B的第7腳與U4的第3腳相連。U4的第5腳接Vcc，第2腳接GND。電壓比較器的輸出即U1A的第1腳與U4的第6腳相連。模擬開關的信號由U4的第4腳輸出。所述的後級處理電路包括運算放大器U1B、三極體Q101和電阻R101。U4的第4腳與U1B的第5腳相連，U4的第6腳與Q101的第2腳和電阻一端相連，電阻的另一端接到電源地。U4的第7腳與Q101的第1腳相連，Q101的第3腳為後級處理電路的輸出端接入直線型信號隔離電路輸出。
本發明的具體電路不僅限於圖4所示的電路，如當輸入的信號為電壓信號時，可以去掉前置處理電路，輸入的信號直接接到電壓比較器的A端和模擬開關的A端；模擬開關可用繼電器代替。各具體電路的連接只要滿足圖3中各組成部分的功能，均可實施本發明。
權利要求
1.一種折線型信號隔離電路，其特徵在於包括用於產生一個精準的電壓的電壓基準電路、用於輸入電壓和基準電壓比較的電壓比較器、用於選擇信號通道的模擬開關電路、用於將電壓信號轉換成所需電壓或者電流信號的後級處理電路和用於信號隔離輸出的直線型信號隔離電路，電壓基準電路的輸出端分別連接電壓比較器和模擬開關電路的基準電壓輸入端，待轉換的輸入信號連接電壓比較器和模擬開關電路的待轉換電壓輸入端，電壓比較器的輸出端連接模擬開關電路的選通信號輸入端，模擬開關電路輸出端經後級處理電路接入直線型信號隔離電路。
2.根據權利要求1所述的折線型信號隔離電路，其特徵在於包括用於將輸入的不同種類型信號轉換成電壓信號的前置處理電路，前置處理電路的輸出端連接電壓比較器和模擬開關電路的待轉換電壓輸入端。
全文摘要
本發明公開了一種折線型信號隔離電路，包括用於產生一個精準的電壓的電壓基準電路、用於輸入電壓和基準電壓比較的電壓比較器、用於選擇信號通道的模擬開關電路、用於將電壓信號轉換成所需電壓或者電流信號的後級處理電路和用於信號隔離輸出的直線型信號隔離電路，電壓基準電路的輸出端分別連接電壓比較器和模擬開關電路的基準電壓輸入端，待轉換的輸入信號連接電壓比較器和模擬開關電路的待轉換電壓輸入端，電壓比較器的輸出端連接模擬開關電路的選通信號輸入端，模擬開關電路輸出端經後級處理電路接入直線型信號隔離電路。本發明成本低，生產和調試簡單，不用程序控制，抗幹擾強。
文檔編號H03F3/00GK1913362SQ200610036439
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月11日 優先權日2006年7月11日
發明者尹向陽, 磨定敏 申請人:廣州漢為電子科技有限公司