光電隔離脈衝分路方法和光電隔離脈衝分路裝置的製作方法
2023-05-25 18:03:51
專利名稱：光電隔離脈衝分路方法和光電隔離脈衝分路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電隔離脈衝分路方法和光電隔離脈衝分路裝置，尤其 涉及一種可以對輸入的信號進行信號整形及寬範圍電壓工作的光電隔離脈衝 分路方法和光電隔離脈衝分路裝置。
背景技術：
現有技術中，例如冶金行業等很多的工業場合，需要對電動機等設備進 行測速，測速時首先利用增量編碼器產生脈衝信號，然後利用脈衝分路器將
該脈衝信號隔離分路後傳遞給其他設備，例如傳動裝置、PLC裝置等需要知道 電機速度的裝置，測速裝置利用接收到的脈衝信號進行電動機轉速測量計算。
如圖1所示，為現有技術的脈衝分路器和編碼器的電路結構框圖，現有 的脈衝分路器9包括電源適配器91、光耦驅動器92和信號分路器93。電源 適配器91將輸入的電壓處理後，輸入信號分路器93使用，並且也輸入脈衝 分路器9連接的編碼器8使用；光耦驅動器92將編碼器8輸入的脈衝信號進 行光耦隔離後，由信號分路器93分路處理後多路輸出。
現有技術的電源適配器91隻能對輸入的電壓進行判斷，當輸入的電壓大 於12V的時候，則輸出12V的電壓給編碼器，當輸入的電壓低於12V的時候 將輸入的電壓輸入給編碼器；而對於內部需要供電的元件(例如運算放大器)， 則電源適配器91輸出5V的電壓給這些需要供電的元件。
因為在工業環境下，幹擾源多，信號傳輸的環境比較惡劣，所以編碼器 輸出的脈衝信號傳遞到脈衝分路器後，可能已經失真了，例如變為三角波或 者正弦波，如果不經過整形處理，脈衝分路器將該失真的信號輸出到測速裝 置後，佔空比會發生很大的變化，例如佔空比變小。如圖2所示，為現有技術的脈衝分路器輸入和輸出的差分脈衝信號的波 形圖，最上面的圖是兩路失真的波形為鋸齒波的差分脈衝信號A和AN的波形 比對，0點是兩個波形的交叉點，在不整形時經過光耦驅動器處理成兩路方波 的輸出A'和AN', —路輸出高電平，另一路輸出低電平，理想情況下，因 為0點兩個波形的交叉點，所以是輸入的差分脈衝信號A和AN高低電平的轉 換點，因此兩路輸出A1和AN1應該是在0點的時候進行翻轉， 一路輸出低電 平，另一路輸出高電平，下一個0點再翻轉，即中間的圖式，就是理想情況 下輸出的脈衝信號的波形圖，理想狀況下的佔空比為0.5。但是經光耦驅動器 處理時，因為光耦驅動器的光耦在導通時，發光二極體側需要一定的壓降， 如果為多個發光二極體串聯，則壓降會更大，即當輸入的鋸齒波形的差分脈 衝信號A和AN之間的壓差大於發光二極體側的壓降AU時，光耦才導通，由 於輸入的差分信號A和AN是鋸齒波，因此兩路實際輸出A2和AN2並非在0 點進行翻轉，而是要在A和AN的電壓差大於AU的時候才翻轉，所以兩路輸 出的A2和AN2的佔空比理想情況下小(小於0.5)，即如最下邊的圖示。如果 光耦驅動器輸入的脈衝信號的波形為方波，則光耦驅動器輸出的脈衝信號在 輸入的脈衝信號翻轉的時候也進行翻轉，不會改變佔空比。
因此現有的脈衝分路器及分路方法，對輸入脈衝信號不進行整形處理， 會使輸出的脈衝信號的佔空比變小，當後續利用該脈衝信號進行電動機轉速 的測量的時候，轉速測量就不精確了，並且無法適應寬範圍的供電。
發明內容
為了解決上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種光電隔離脈衝分路方 法和光電隔離脈衝分路裝置，可以對輸入的脈衝信號進行整形，從而不改變 信號的佔空比，由此有利於保證信號的遠距離傳輸，和對後續的信號處理。
為實現上述目的，本發明提供了一種光電隔離脈衝分路方法，所述的方 法包括
6對外部編碼器發送的電動機測速時生成的初始脈衝信號進行整形，並輸
出整形後的脈衝信號；
所述整形後的脈衝信號驅動光耦電路，生成一脈衝信號； 將所述一脈衝信號放大後輸出，根據所述一脈衝信號進行電動機測速處理。
為實現上述目的，本發明提供了一種光電隔離脈衝分路裝置，所述的裝 置包括
整形電路，用於對外部編碼器發送的初始脈衝信號進行整形，並輸出整 形後的脈衝信號；
光耦電路，用於被所述的整形電路輸出的整形後的脈衝信號驅動，所述 的光耦電路再輸出一脈衝信號；
分路電路，用於將所述的光耦電路輸出的所述一脈沖信號放大後輸出。 本發明的光電隔離脈衝分路方法和光電隔離脈衝分路裝置，利用整形電 路對輸入的脈衝信號進行整形，實現了不改變信號的佔空比，從而有利於保 證信號的遠距離傳輸，提高信號的抗幹擾能力，和對後續的信號的精確處理。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實 施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附 圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創 造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為現有技術的脈衝分路器和編碼器的電路結構框圖； 圖2為現有技術的脈衝分路器輸入和輸出的差分脈衝信號的波形圖； 圖3為本發明光電隔離脈衝分路方法的流程圖； 圖4為本發明光電隔離脈衝分路方法的電壓適配處理流程圖； 圖5為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的電路結構框圖；圖6為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的整形電路的電路圖； 圖7為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的整形電路輸入的差分脈 衝信號的波形圖8為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的整形電路輸入和輸出信 號的波形圖9為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的恆定的參考電壓AN的產 生電路圖1 0為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的光耦電路的電路圖； 圖11為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的光耦電路輸入和輸出 的脈沖信號的波形圖1 2為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的分路電路的TO圖l3為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的電路圖14為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的信號處理流程圖15為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電路結構框圖16為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓適配電路的電路
圖17為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓適配電路的工作 流程圖。
具體實施例方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而 不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作 出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明可以利用光電隔離脈衝分裝置的整形電路對輸入的脈衝信號首先 整形成一個方波，然後再去驅動光耦電路，由光耦電路輸出的信號不會因為
8脈衝信號換向時壓差太小而改變輸出信號的佔空比。
圖3為本發明光電隔離脈衝分路方法的流程圖，如圖3所示，光電隔離 脈衝分路方法具體包括如下步驟-
步驟101、整形電路對外部編碼器發送的電動機測速時生成的初始脈衝信 號進行整形，並向光耦電路輸出整形後的脈衝信號；
整形電路將外部編碼器發送的電動機測速時生成的兩路初始脈衝信號A 和AN整形處理成兩路波形為標準方波的標準脈衝信號A'和AN'，並將兩路 標準脈衝信號輸出，而外部編碼器發送的兩路初始脈衝信號的佔空比與兩路 標準脈衝信號的佔空比相同。
整形電路具有兩個運算放大器，分別為第一運算放大器和第二運算放大 器，第一運算放大器的同相輸入端輸入外部編碼器發送的一路差分脈衝信號 A，反相輸入端疊加輸入一路差分脈衝信號A和第二運算放大器輸出的波形為 標準方波的標準脈衝信號AN'，並輸出波形為標準方波的標準脈衝信號A'; 第二運算放大器的同相輸入端輸入外部編碼器發送的另一路脈衝信號AN，反 相輸入端疊加輸入另一路脈衝信號AN和第一運算放大器輸出的波形為標準方 波的路標準脈衝信號A'，並輸出波形為標準方波的標準脈衝信號AN';這樣 可以一路差分脈衝信號A和標準脈衝信號A'的佔空比相同，另一路差分脈 衝信號AN和標準脈衝信號AN'的佔空比相同。
本發明光電隔離脈衝分路方法可以處理差分脈衝信號，也可以處理單端 信號的單路脈衝信號，當對單端信號的單路信號進行整形處理的時候，可以 一路輸入為單路信號A，另一路的輸入AN可以是恆定的參考電壓，這時候， 經過整形電路的處理，也可以有兩路波形為標準方波的標準脈衝信號A'和 AN'，另一路的輸入AN通過撥碼開關接至恆定電壓的信號。
本發明光電隔離脈衝分路方法採用了雙運放施密特電路，具有兩個運算 放大器，第一運算放大器和第二運算放大器，利用電路疊加原理形成回差可 調的雙運放施密特電路，由此可以輸入的脈衝信號進行整形處理，經過整形輸出的脈衝信號與原始的脈衝信號相比，佔空比不會發生變化。通過對脈衝 信號的整形，有利於脈衝信號傳輸更遠的距離，由此實現了強的抗幹擾能力， 可根據實際應用場合調節回差。
又因為整形電路使用兩個運算放大器，所以可以克服單運算放大器在單 極性難以對稱轉換的問題。
步驟102、整形後的脈衝信號驅動光耦電路，生成一脈衝信號，發送給兩 個分路電路；
整形後的波形為標準方波的脈衝信號A'和AN'驅動光耦電路，產生脈 衝信號A''和AN"，光耦電路的作用就是光電隔離，將前面的整形電路和後 面的分路電路進行光電隔離，整形後的波形為標準方波的脈衝信號A'和AN' 驅動光耦電路，光耦電路產生的脈衝信號A''和AN''的波形與輸入的標準 脈衝信號A'和AN'的波形幾乎相同；
另外因為光耦的工作電流是有一定範圍限制的，如果用不同的電壓來驅 動光耦，則為了適應光耦的工作電流，需要利用不同的電阻來實現光耦的工 作電流的匹配，本發明光電隔離脈衝分路方法可以利用恆流二極體，這樣就 可以很方便的實現利用寬範圍電壓的供電也能適應光耦的工作電流的要求， 同時也保護了光耦，延長了光耦電路的使用壽命；
步驟103、兩個分路電路分別將一脈衝信號放大後分路輸出，根據所述一 脈衝信號可以進行電動機測速處理。
當分路電路接收光耦電路發出的高電平時，經過分路電路的每一個運算 放大器的輸出端輸出高電平，給運算放大器輸入的電平有多少伏，則運算放 大器輸出的高電平就有多少伏，因此，當接收放大器輸出的標準脈衝信號A''' 和AN'"的設備需要波形為方波的標準脈衝信號A'"和AN'"的電壓為多 少伏，則給運算放大器供給多少伏特的電壓即可。這不僅實現了分路功能， 還可以實現信號轉換功能，例如5V方波輸入，15V方波輸出，反之亦然。
所以由兩個分路電路實現了對信號A'和AN'的兩路分路輸出A'"和AN'，，。
由於每一個信號分電路輸出的兩路標準脈衝信號A"'和AN"'與光耦 電路輸出的兩路標準脈衝信號A"和AN"是基本相同的，而光耦電路輸出 的兩路標準脈衝信號A''和AN"，又與整形電路輸出的兩路標準脈衝信號A' 和AN'是基本相同的，而整形電路輸出的兩路標準脈衝信號A'和AN'的佔 空比與原始信號幾乎相同，所以本發明的光電隔離脈衝分路方法可以通過整 形電路將信號進行整形，從而使得光電隔離脈衝分路裝置輸出的多個兩路標 準脈衝信號A"'和AN"'的佔空比與原始信號相同，由於經過整形和分路 輸出的脈衝信號雜波少，乾淨，使得接收到的這些脈衝信號的設備對信號的 處理更精確，例如可以使得速度測量更加精確。
另外，本發明光電隔離脈衝分路方法中，可以利用電壓適配電路將將接 收到的不同路輸入的不同範圍的電壓適配處理成所需的不同電壓，並分路輸 出向整形電路和編碼器供電，圖4為本發明光電隔離脈衝分路方法的電壓適 配處理流程圖，如圖4所示，電壓適配處理具體包括如下步驟
步驟201、判斷輸入的電壓高低，根據輸入電壓的不同，選擇不同的電壓 輸入端；
步驟211，如果是大於20V的供電，例如30-20V之間的供電電壓輸入第 一電壓輸入端，其中的一路通過第一限流電阻進行電流限流後，輸入第一電 壓輸出端；另一路則輸入穩壓管的輸入端Vin，由穩壓管將第一電壓輸入端輸 入的30-20V之間的供電電壓穩壓為15V後輸出給第二電壓輸出端；
步驟212，第一電壓輸出端將接收到的電壓輸入編碼器中，第二電壓輸出 端將穩壓後的電壓輸入光電隔離脈衝分路裝置需要供電的部件；
步驟221，如果是小於20V的供電，例如20—5V之間的供電電壓輸入第
二電壓輸入端，此時的供電電壓可以直接利用，第二電壓輸入端將輸入的 20—5V之間的供電電壓直接輸入給第一電壓輸出端和第二電壓輸出端；
步驟222，第一電壓輸出端將接收到的電壓輸入到編碼器中，第二電壓輸
ii出端將接收到的電壓輸入光電隔離脈衝分路裝置需要供電的部件。
本發明光電隔離脈衝分路方法利用電壓式配電路可以接收不同的電壓， 這樣可以適用比較寬的供電電壓，還可以在編碼器供電範圍允許內，儘可能 的提高供電電壓來提高編碼器的供電電壓，有利於提高編碼器輸出信號的抗 幹擾能力，也可以更遠距離的傳輸信號。
如圖5所示，為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的電路結構框圖，
本實施例的光電隔離脈衝分路裝置包括整形電路ll、光耦電路12和兩個分
路電路13。
整形電路11與光耦電路12相連接，光耦電路12分別與兩個分路電路13 相連接，整形電路11首先對外部編碼器2發送的脈沖信號進行整形，並將整 形後的脈衝信號發送給光耦電路12;光耦電路12與兩個分路電路13相連接， 整形後的脈衝信號驅動光耦電路12，光耦電路12輸出的脈衝信號發送給兩個 分路電路13，分路電路13將接收到的脈衝信號放大輸出。
整形電路將輸入的兩路脈衝信號A和AN整形處理成兩路波形為標準方波 的標準脈衝信號A'和AN'，並發送給光耦電路；輸入的兩路脈衝信號A和AN 的佔空比與輸出的兩路標準脈衝信號A'和AN'的佔空比相同，如圖6所示，
為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的整形電路的電路圖，整形電路11 包括第一運算放大器U1A111和第二運算放大器U1B112。
優選的第一運算放大器111和第二運算放大器112的型號是LM7322。第 一運算放大器111的同相輸入端1111輸入一路初始脈衝信號A，反相輸入端 1112疊加輸入一路初始脈衝信號A和第二運算放大器1112輸出的波形為標準 方波的一路標準脈衝信號AN'，向光耦輸出另一路標準脈衝信號A';第二運 算放大器112的同相輸入端1121輸入另一路初始脈衝信號AN，反相輸入端 1122疊加輸入另一路脈衝信號AN和第一運算放大器111輸出的波形為標準方 波的另一路標準脈衝信號A'，向光耦輸出一路標準脈衝信號AN';另一路標 準脈衝信號A'和一路標準脈衝信號AN'的佔空比，與一路初始脈衝信號A
12和另一路初始脈衝信號AN的佔空比相同。
具體的，第一運算放大器111具有第一同相輸入端1111、第一反向輸入 端1112和第一輸出端1110，第二運算放大器112具有第二同相輸入端1121、 第二反向輸入端1122和第二輸出端1120。
第一同相輸入端1111可以接收一路脈衝信號A，例如編碼器2輸入的一 路差分脈衝信號A，並且和第一輸出端1110和第二反向輸入端1122相連接， 第一同相輸入端1111接收到的同一路的一路脈衝信號A，和第一輸出端1110 輸出的信號A'疊加輸入到第二反向輸入端1122，作為第二反向輸入端1122 的輸入信號；第二同相輸入端1121可以接收另一路脈衝信號AN，例如編碼器 2輸入的另一路差分脈衝信號AN，並且和第二輸出端1120和第一反向輸入端 1112相連接，第二同相輸入端1121接收到的同一路的另一路脈衝信號AN， 和第二輸出端1120輸出的信號AN，疊加輸入到第一反向輸入端1112，作為 第一反向輸入端1112的輸入信號。
進一步的，第一運算放大器111的第一同相輸入端1111連接有第一電阻 R (例如阻值為500Q的電阻)114，由此輸入的一路脈衝信號，例如編碼器2 輸出的一路差分脈衝信號A，經過第一電阻Rl 14輸入到第一同相輸入端1111; 而第二運算放大器112的第二同相輸入端1121連接有另外一個第一電阻R(例 如阻值為500Q的電阻)114，這樣輸入的另一路脈衝信號，例如編碼器2輸 出的另一路差分脈衝信號AN，經過另一個第一電阻R114輸入到第二同相輸入 端1121。
另外，第一運算放大器111的第一同相輸入端1111通過第二電阻Rf (例 如阻值為3KQ的電阻)115與第一運算放大器111的第一輸出端1110相連接； 第二運算放大器112的第二同相輸入端1121通過另一個第二電阻Rf (例如阻 值為3KQ的電阻)115與該第二運算放大器112的第二輸出端1120相連接； 由此第一運算放大器111的第一輸出端1110輸出的信號A，通過第二電阻 1115，與一路脈衝信號A經過第一電阻114，疊加到第二運算放大器112的第二反相輸入端1122，作為第二反相輸入端1122的輸入脈衝信號，第二運算放 大器112的第二輸出端1120輸出的標準脈衝信號AN'通過另一第二電阻115， 與另一路脈衝信號AN通過另一第一電阻114，疊加到第一運算放大器111的 第一反相輸入端1112，作為第一反相輸入端1112的輸入脈衝信號。
設輸入的原始的一路脈衝信號為A，電壓為U,，經過第一電阻114後，第 一運算放大器111的第一同相輸入端1111輸入信號的電壓為VAin,第一輸出 端1110輸出的脈衝信號N'的電壓為UA.;輸入的原始的另一路差分脈衝信號 為AN，電壓為U,經過另一第一電阻114後，第二運算放大器112的第二同 相輸入端1121輸入信號的電壓為V,n，第二輸出端1120輸出的脈衝信號N' 的電壓為IU.;第一電阻114的阻值為R，第二電阻115的阻值為R,。
當輸入的原始脈沖信號的A和認的電壓U^IL的時候，輸出信號A'為 高電平，AN'為低電平，第一同相輸入端1111輸入信號的電壓V^為
式(1)
第二同相輸入端1121輸入信號的電壓V八^為 _ 及,
^"晨'"=、 式(2 )
當^廳〉乙力時，即(胸一^,. 〉0時，輸出的信號A，和AN，翻轉，輸 出信號A'為低電平，AN'為高電平，代入式(1 )和式(2)為
& 及, A
Af 及^ ^i +i力及+及
因為輸出信號A，的電壓仏,為高電平，設為Vcc,艮卩^^一^/力>^'^"。
例如第一電阻的阻值R為500Q，第二電阻的阻值Rf為3000Q,高電平
Vcc的電壓一般為15V,則回差乙.丄為2.5伏特，即只有A大於AN為2.5V
及/
時信號才翻轉。因為A與AN為對稱信號，故為標準方波即佔空比為0.5。 也就是在輸出信號A'為高電平，AN'為低電平的時候，當
U^-f^ >「^^~，即輸入的原始信號A的高電壓Ua和AN信號的低電壓UrtN
的壓差大於^，^時，輸出的信號A'和AN'翻轉，輸出信號A'為低電平， AN，為高電平。同理，在輸出信號A'為低電平，AN'為高電平的時候，當 "力-^w > ，即輸入的原始信號AN的高電壓1^和A信號的低電壓UA
的壓差大於^，^f時，輸出的信號A'和AN'翻轉，輸出信號A'為高電平， AN，為低電平。
本發明光電隔離脈衝分路裝置的整形電路既可以處理差分脈衝信號，也 可以處理單端信號的單路脈衝信號。
當對差分信號進行整形處理時，圖7為本發明光電隔離脈衝分路裝置實 施例一的整形電路輸入的差分脈沖信號的波形圖，如圖7所示，兩路差分脈 衝信號A和AN均為鋸齒波。圖8為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的 整形電路輸入和輸出信號的波形圖，如圖8所示，上圖為輸入的兩路差分脈 衝信號A和AN的比較波形圖，如上所述，如果輸出信號A，為高電平，AN，
15為低電平時，當電壓差Kw-K〉「"'丁時，輸出信號A'和AN，翻轉，輸
出信號AN，為高電平，A，為低電平，然後當電壓差^-^w〉^'^"時，
輸出信號A'和AN'再次翻轉，A'為高電平，AN'為低電平時，以此類推。
在整形電路的輸入端，只有A〉AN 輸出信號才進行翻轉(第一個
及/
0'點)，下一次在AN〉A 時，輸出信號翻轉(第二個0'點)，輸出的波
形為標準方波，如圖8的下圖所示，輸出信號A'和AN'為標準的方波。
而現有技術中沒有對信號進行整形時，只要輸入信號A-AN〈厶U時，輸出 信號A'就變為低電平，該低電平一直要持續到下次輸入信號A-AN〉AU。而 本發明利用整形電路整形時，假設光耦電路導通，輸入側的二極體壓降AU等
於整形電路所設計的回差Kzl，只有當^-Kw〉^'^"時，信號才翻轉，
及, ~
輸出的A'—直會保持到當^w-^〉^'^"時，點O'表示，由於A與AN
信號對稱，則整形後輸出的A'與AN'為標準的方波。
當對單端信號的單路信號進行整形處理的時候，可以一路輸入為單路信
號A，另一路的輸入AN可以是恆定的參考電壓，這時候，經過整形電路的處 理，也可以有兩路輸出A'和AT，另一路的輸入AN通過撥碼開關接至恆定 電壓的信號，如圖9所示，為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的恆定 的參考電壓AN的產生電路圖，其中VECD為給編碼器的工作電壓，A信號高電 平的幅值即為VECD，將其通過R3、 R8分壓後，作為AN，也就是二分之一 VECD, 與A信號比較，產生標準的A'與AN，方波信號。
本發明光電隔離脈衝分路裝置的整形電路，是雙運放施密特電路，具有 兩個運算放大器，第一運算放大器111和第二運算放大器112，利用電路疊加原理將第一運算放大器111第一輸出端1110輸出的信號A'疊加到第二運算 放大器112的第二反相輸入端1122，將第二運算放大器112第二輸出端1120 輸出的信號AN'疊加到第一運算放大器111的第一反相輸入端1112，形成回 差可調的雙運放施密特電路，由此可以輸入的脈衝信號進行整形處理，經過 整形輸出的脈衝信號與原始的脈衝信號相比，佔空比不會發生變化。通過對 脈衝信號的整形，有利於脈衝信號傳輸更遠的距離，由此實現了強的抗幹擾 能力，可根據實際應用場合調節回差。
又因為整形電路使用兩個運算放大器，所以可以克服單運算放大器在單 極性難以對稱轉換的問題。
圖IO為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的光耦電路的電路圖，如 圖所示，光耦電路具體包括恆流二極體120和兩個光耦121。
每一個光耦121包括發光二極體1211和光敏三極體1212，恆流二極體 120與整形電路中的第一運算放大器的第一輸出端相連接，恆流二極體120的 另一端與第一個光耦121的發光二極體1211相連接，然後兩個光耦121的發 光二極體1211順次串聯，第二個發光二極體1211與整形電路中的第二運算 放大器的第二輸出端相連接，第一輸出端輸出的標準脈衝信號A'和第二輸出 端輸出的標準脈衝信號AN'驅動光耦121的發光二極體1211發光，再由光耦 121的光敏三極體1212產生電流脈衝信號。
圖11為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的光耦電路輸入和輸出的 脈衝信號的波形圖，如圖所示，上圖為輸入的兩個標準脈衝信號A，和AN， 的波形圖，因為A'和AN'是經過整形電路整形後的方波，所以A'和AN， 之間的壓差肯定大於發光二極體1211的壓降，所以在信號A'和AN，翻轉的 時候，A"和AN"也翻轉。當A'為高電平，AN，為低電平時，光耦121的 發光二極體1211導通，輸出髙電平；當A'為低電平，AN，為高電平時，光 耦121的發光二極體1211承受反壓，光耦截止，輸出一低電平。
因此光耦電路的光敏三極體1212產生的電流標準脈衝信號A，'和AN，，
17的波形與輸入的標準脈衝信號A'和AN'的波形幾乎相同。
因為光耦的工作電流是有一定範圍限制的，如果用不同的電壓來驅動光 耦，則為了適應光耦的工作電流，需要利用不同的電阻來實現光耦的工作電 流的匹配，本發明光電隔離脈衝分路裝置的光耦電路，因為利用了恆流二極 管，這樣就可以很方便的實現利用寬範圍電壓的供電也能適應光耦的工作電 流的要求，同時也保護了光耦，延長了光耦的使用壽命。
圖12為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的分路電路的電路圖，如 圖所示，分路電路13具體包括第三運算放大器131和第四運算放大器132， 第三運算放大器包括第三同相輸入端1311、第三反向輸入端1312和第三輸出 端1310，第四運算放大器132包括第四同相輸入端1321、第四反向輸入端1322 和第四輸出端1320。優選的第三運算放大器131和第四運算放大器132的型 號是LM7322。
每一個光耦電路中的光耦121均連接一個分路電路13，光耦121的光敏 三極體1212的發射極連接一個分路電路13的第三運算放大器131的第三反 相輸入端1312和第四運算放大器132的第四同相輸入端1321，光耦121的光 敏三極體1212的集電極連接一個分路電路13的第三運算放大器131的第三 同相輸入端1311和第四運算放大器132的第四反向輸入端1322，這樣就可以 由分路電路13的第三運算放大器131的第三輸出端1310，和第四運算放大器 132的第四輸出端1320輸出兩路標準脈衝信號A'"和AN"'。
當分路電路接收光耦發出的高電平時，經過每一個運算放大器的輸出端 輸出高電平，給運算放大器輸入的電平有多少伏，則運算放大器輸出的高電 平就有多少伏，因此，當接收放大器輸出的標準脈衝信號A'"和MT'，的 設備需要波形為方波的標準脈衝信號A'"和AN"，的電壓為多少伏，則給 運算放大器供給多少伏特的電壓即可。這不僅實現了分路功能，還可以實現 信號轉換功能，例如5V方波輸入，15V方波輸出，反之亦然。
在本實施例中，光耦電路中具有兩個光耦，每一 光耦連接一個分路電路，因^:本實施例的光電隔離脈衝分路裝置具有兩個分路電路，這樣本實施 例的光電隔離脈衝分路裝置輸入的一路差分脈衝信號，兩個分路電路的每一 個都會輸出兩路差分的或單端的脈衝信號，同理，如果光耦電路中具有多個 光耦，這樣光電隔離脈衝分路裝置就會具有多個分路電路，同理多個分路電 路中的每一個信號分路都會輸出一組差分脈衝信號，實現了光電隔離脈衝分 路裝置的分路功能。就可以將信號輸入不同的設備進行後續處理，例如測量。 另外，光電隔離脈衝分路裝置的光耦電路也可以只有一個光耦，所以只 能連接一個分路電路，也就只能輸出一個兩路脈衝信號，其實是仍然有意義 的，因為光電隔離脈衝分路裝置中的整形電路，仍然會對輸入的兩路脈衝信
號A和AN進行整形，輸出與原始信號佔空比相同的標準脈衝信號A'和AN'， 所以驅動光耦電路中的光耦的是經過整形的標準脈衝信號A'和AN'，最後通 過分路電路輸出的標準脈衝信號A'"和AN'"也是與原始信號的佔空比相 同的，所以後續處理會更加精確，因此即便只連接一個分路電路也是可以的， 此時只起隔離作用。
由於每一個信號分電路輸出的兩路標準脈衝信號A'"和AN"'與光耦 電路輸出的兩路標準脈衝信號A''和AN''是基本相同的，而光耦電路輸出 的兩路標準脈衝信號A"和AN"，又與整形電路輸出的兩路標準脈衝信號A' 和AN'是基本相同的，而整形電路輸出的兩路標準脈衝信號A'和AN'的佔 空比與原始信號幾乎相同，所以本實施例的光電隔離脈衝分路裝置可以通過 整形電路將信號進行整形，從而使得光電隔離脈衝分路裝置輸出的多個兩路 標準脈衝信號A'"和AN"'的佔空比與原始信號相同，由於經過整形和分 路輸出的脈衝信號雜波少，乾淨，使得接收到的這些脈衝信號的設備對信號 的處理更精確，例如可以使得速度測量更加精確。
如圖13所示，為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的電路圖，本實 施例的光電隔離脈衝分路裝置包括整形電路11、光耦電路12和兩個分路電路 13。整形電路11、光耦電路12和兩個分路電路13順次相連接
19如圖14所示，為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例一的信號處理流程 圖，參見圖14，信號處理具體包括如下步驟-
步驟101，整形電路11將輸入的脈衝信號A和AN進行整形處理，輸出標 準脈衝信號A，和AN，；
整形電路11具有兩個運算放大器，第一運算放大器111和第二運算放大 器112;,第一運算放大器111的第一同相輸入端1111接收一路脈衝信號A， 例如編碼器2輸入的一路差分脈衝信號A，並且和第一輸出端1110和第二反 向輸入端1122相連接，第一同相輸入端1111接收到的同一路的一路脈衝信 號A，和第一輸出端1110輸出的信號A'疊加輸入到第二反向輸入端1122, 作為第二反向輸入端1122的輸入信號；第二運算放大器112的第二同相輸入 端1121接收另一路脈衝信號AN，例如編碼器2輸入的另一路差分脈衝信號 肌並且和第二輸出端1120和第一反向輸入端1112相連接，第二同相輸入 端1121接收到的同一路的另一路脈衝信號AN，和第二輸出端1120輸出的信 號AN，疊加輸入到第一反向輸入端1112，作為第一反向輸入端1112的輸入 信號；
整形電路11的兩個運算放大器第一運算放大器111和第二運算放大器 112將輸入的兩路脈衝信號A和AN，例如波形為鋸齒波的兩路差分脈衝信號， 進行整形處理，處理為波形為方波的兩路差分標準脈衝信號A'和AN，，並且 和原始的脈衝信號的佔空比是相同的；
步驟102，兩路差分標準脈衝信號A'和AN，驅動光耦電路12，生成電 流標準脈衝信號A"和AN";
兩路差分標準脈衝信號A'和AN'通過驅動光耦電路12的恆流二極體120， 然後再驅動光耦電路12的光耦121，差分標準脈衝信號A'和AN，通過光耦 121的發光二極體1211時，如果是A' 〉AN，發光二極體1211發光，光耦121 的光敏三極體1212受光後發射極產生電流，產生電流標準脈衝信號A，，和 AN，，；步驟103,電流標準脈衝信號A''和AN"輸入分路電路13中進行分路 處理，每一個分路電路13分路輸出A"'和AN"';
分路電路包括兩個兩個運算放大器，第三運算放大器131和第四運算放 大器132;每一個光耦121均連接一個分路電路13，光敏三極體1212的發射 極連接一個分路電路13的第三運算放大器131的第三反相輸入端1312和第 四運算放大器132的第四同相輸入端1321，光敏三極體1212的集電極連接一 個分路電路13的第三運算放大器131的第三同相輸入端1311和第四運算放 大器132的第四反向輸入端1322，這樣就可以由分路電路13的第三運算放大 器131的第三輸出端1310，和第四運算放大器132的第四輸出端1320輸出兩 路標準脈衝信號A'"和AN"'。
每一個信號分電路輸出的兩路標準脈衝信號A'"和AN"'的佔空比與 原始信號的佔空比相同，由於經過整形和分路輸出的脈衝信號雜波少，乾淨， 使得接收到的這些脈衝信號的設備對信號的處理更精確，例如可以使得速度 測量更加精確。
如圖15所示，為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二電路結構框圖， 本實施例的光電隔離脈衝分路裝置包括電壓適配電路14、整形電路ll、光 耦電路12和兩個分路電路13。
本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二與光電隔離脈衝分路裝置實施例 一相比，增加了電壓適配電路14，作用是將輸入的電壓進行適配後向整形電 路11和編碼器供電。圖16為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓 適配電路的電路圖，如圖16所示，電壓適配電路具體包括第一電壓輸入端141、 穩壓管142、第二電壓輸入端143、第一電壓輸出端144、第二電壓輸出端145 和第一限流電阻146。優選的穩壓管的型號為7815。
第一電壓輸入端141通過第一限流電阻146與第一電壓輸出端144相連 接，並且與穩壓管142的輸入端Vin相連接，穩壓管142的輸出端Vout連接 第二電壓輸出端145，第二電壓輸入端143則與第一電壓輸出端144和第二電
21壓輸出端145相連接。優選的穩壓管142的型號是7815。第一電壓輸出端144 輸出的電壓是為編碼器2來供電的，而第二電壓輸出端145輸出的電壓是為 了向光電隔離脈衝分路裝置其他需要供電的電路進行供電的，例如整形電路。
圖17為本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓適配電路的工作流 程圖，如圖17所示，具體包括如下步驟-
步驟201，判斷輸入的電壓高低，根據輸入電壓的不同，選擇不同的電壓 輸入端；
電壓適配電路包括兩個電壓輸入端，第一電壓輸入端141和第二電壓輸 入端143，因此可以具有兩個電壓輸入檔，每一電壓輸入端輸入的電壓不同； 如果是大於20V的高電壓供電則輸入第一電壓輸入端，執行步驟211，如果是 小於20V的低電壓供電則輸入第二電壓輸入端，執行步驟221，通常情況下供 電的範圍在5—30V之間；
步驟211,如果是大於20V的供電，例如30-20V之間的供電電壓輸入第 一電壓輸入端141，其中的一路通過第一限流電阻146(例如一個50Q的電阻) 進行電流限流後，輸入第一電壓輸出端144;另一路則輸入穩壓管142的輸入 端Vin，由穩壓管142將第一電壓輸入端141輸入的30-20V之間的供電電壓 穩壓為15V後輸出給第二電壓輸出端145;
歩驟212，第一電壓輸出端144將接收到的電壓輸入編碼器2中，第二電 壓輸出端145將穩壓後的電壓輸入光電隔離脈衝分路裝置需要供電的部件；
步驟221，如果是小於20V的供電，例如20—5V之間的供電電壓輸入第 二電壓輸入端143，此時的供電電壓可以直接利用，第二電壓輸入端143將輸 入的20--5V之間的供電電壓直接輸入給第一電壓輸出端144和第二電壓輸出 端145;
步驟222，第一電壓輸出端144將接收到的電壓輸入到編碼器2中，第二 電壓輸出端145將接收到的電壓輸入光電隔離脈衝分路裝置需要供電的部件。 參見圖16所示，本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓適配電路，由其第二輸出端輸出的電壓，可以為整形電路的第一運算放大器和第二運算 放大器供電。
本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓式配電路，可以接收不同
的電壓，利用電壓分段供電的方式，將大於20V的供電電壓輸入第一電壓輸 入端，將小於20V的供電電壓輸入第二電壓輸入端，這樣可以使得光電隔離 脈衝分路裝置適用比較寬的供電電壓。
另外，由於通常情況下編碼器2與光電隔離脈衝分路裝置的距離比較遠， 可以在編碼器2供電範圍允許內，儘可能的提高光電隔離脈衝分路裝置的供 電電壓，由此提高了編碼器2的供電電壓，這樣有利於提高編碼器2輸出信 號的抗幹擾能力，也可以更遠距離的傳輸信號。
再如圖16所示，電壓適配電路還包括了第二限流電阻147和五個二極體 1481、 1482、 1483、 1484、 1485。第二限流電阻147是為了限流，而五個二 極管的作用均是為了單向導通，防止電流回流。
第一限流電阻146通過第一二極體1481和第一電壓輸出端144相連接， 第一電壓輸入端141通過第二二極體1482和第二限流電阻147與穩壓管142 的輸入端Vin相連接，穩壓管142的輸出端Vout通過第三二極體1483與第 二電壓輸出端145相連接，第二電壓輸入端143通過第四二極體1484與第一 電壓輸出端144相連接，通過第五二極體1485與第二電壓輸出端145相連接。
當通過第一電壓輸入端141輸入高電壓的時候，第二電壓輸入端143沒 有電壓輸入的，其中的一路高電壓通過第一限流電阻146 (例如一個50Q的 電阻)進行電流限流，並通過第一二極體1481單向導通，輸出到第一電壓輸 出端144，由第一電壓輸出端144對編碼器2進行供電；雖然第一電壓輸出端 144與第二電壓輸入端143是相連接的，但是因為第四二極體1484的存在， 電流方向與四二極體1484是反向的，因此由第四二極體1484截止，所以是 無法輸入到第二電壓輸入端143中的。通過第一電壓輸入端141輸入的另一 路高電壓通過第二二極體1482單向導通，再通過第二限流電阻147進行限流後輸入穩壓管142的輸入端Vin，由穩壓管142將電壓穩壓為15V後由輸出端 Vout輸出，經過第三二極體1483單向導通，輸出給第二電壓輸出端145，由 第二電壓輸出端145給光電隔離脈衝分路裝置的其他電路供電；雖然第二電 壓輸出端145與第二電壓輸入端143是相連接的，但是因為第五二極體1485 的存在，電流方向與五二極體1485是反向的，因此由第五二極體1485截止， 所以是無法輸入到第二電壓輸入端143中的。
同理，當通過第二電壓輸入端143輸入低電壓的時候，第一電壓輸入端 141沒有電壓輸入的，其中一路低電壓通過第四二極體1484單向導通，輸出 到第一電壓輸出端144,由第一電壓輸出端144對編碼器2進行供電；雖然第 一電壓輸出端144與第一電壓輸入端141是相連接的，但是因為第一二極體 1481的存在，電流方向與第一二極體1481是反向的，因此由第一二極體1481 截止，所以是無法輸入到第一電壓輸入端141中的。通過第二電壓輸入端143 輸入的另一低電壓通過第五二極體1485單向導通，輸出給第二電壓輸出端 145，由第二電壓輸出端145給光電隔離脈衝分路裝置的其他電路供電；雖然 第二電壓輸出端145與第一電壓輸入端141是相連接的，但是因為第三二極 管1483的存在，電流方向與第三二極體1483是反向的，因此由第三二極體 1483截止，所以是無法輸入到穩壓管142的輸出端Vout的，而且再加之第二 二極體1482的存在，穩壓管142輸入端Vin輸出的電流會被第二二極體1482 截止，所以電壓也是無法輸入到第一電壓輸入端141的。
這樣就會保持良好的單向導通性，當由第一電壓輸入端141供電時，第 二電壓輸入端143沒有電壓輸入，由第二電壓輸入端143供電時，第一電壓 輸入端141沒有電流輸入。
整形電路11、光耦電路12和兩個分路電路13的具體結構和工作過程與 光電隔離脈衝分路裝置實施例一相同。
本發明光電隔離脈衝分路裝置實施例二的電壓式配電路，可以接收不同 的電壓，這樣可以使得光電隔離脈衝分路裝置適用比較寬的供電電壓，還可以在編碼器供電範圍允許內，儘可能的提高光電隔離脈衝分路裝置的供電電 壓來提高編碼器的供電電壓，有利於提高編碼器輸出信號的抗幹擾能力，也 可以更遠距離的傳輸信號。
因為光電隔離脈衝分路裝置是先進的數位訊號分路設備，可以用於將增 量型編碼器產生的數字脈沖信號分送給多個相互隔離的設備，具有對脈衝信 號隔離、整形、放大的作用。本申請的光電隔離脈衝分路裝置提供兩路互為
90度相差的編碼器脈衝信號通道和一路標記脈衝通道。輸入信號為差分信號 (A/AN， B/BN， Z/ZN)也可為單端信號(A， B， Z);單端或差分輸入模式需 要經過一組撥碼開關進行選擇。輸出為同樣內容的兩路隔離差分信號(也可 單端使用)。
以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而 已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做 的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述的方法包括對外部編碼器發送的電動機測速時生成的初始脈衝信號進行整形，並輸出整形後的脈衝信號；所述整形後的脈衝信號驅動光耦電路，生成一脈衝信號；將所述一脈衝信號放大後輸出，根據所述一脈衝信號進行電動機測速處理。
2. 根據權利要求1所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述的 方法還包括將接收到的不同路輸入的不同範圍的電壓適配處理成所需的不同電壓， 並分路輸出。
3. 根據權利要求2所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述將 接收到的不同路輸入的不同範圍的電壓適配處理成所需的不同電壓，並分路 輸出具體為將接收到的電壓通過限流電阻輸出給所述的外部編碼器，並且 將接收的電壓通過穩壓管後輸出。
4. 根據權利要求3所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述的方法還包括將接收的工作範圍的電壓直接輸出給所述的外部編碼器和旁路 輸出。
5. 根據權利要求1所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述對 外部編碼器發送的電動機測速時生成的脈衝信號進行整形具體為將外部編 碼器發送的電動機測速時生成的兩路初始脈衝信號整形處理成兩路波形為標 準方波的標準脈衝信號，並將兩路標準脈衝信號輸出；所述外部編碼器發送 的兩路初始脈衝信號的佔空比與所述兩路標準脈衝信號的佔空比相同。
6. 根據權利要求5所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述將 外部編碼器發送的電動機測速時生成的兩路初始脈衝信號整形處理成兩路波 形為標準方波的標準脈衝信號具體為第一運算放大器的同相輸入端輸入外部編碼器發送的一路初始脈衝信號，反相輸入端疊加輸入所述的一路初始脈 衝信號和第二運算放大器輸出的波形為標準方波的一路標準脈衝信號，並輸 出波形為標準方波的另一路標準脈衝信號；第二運算放大器的同相輸入端輸 入外部編碼器發送的另一路初始脈衝信號，反相輸入端疊加輸入所述的另一 路初始脈衝信號和所述的第一運算放大器輸出的波形為標準方波的另一路標 準脈衝信號，並輸出所述波形為標準方波的一路標準脈衝信號；其中所述的另一路標準脈衝信號和一路初始脈衝信號的佔空比相同，所述的 一路標準脈衝信號和另一路初始脈衝信號的佔空比相同。
7. 根據權利要求1所述的光電隔離脈衝分路方法，其特徵在於，所述將 所述一脈衝信號放大後輸出具體為將所述一脈衝信號通過多路放大後分路 輸出。
8. —種光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，所述的裝置包括-整形電路，用於對外部編碼器發送的初始脈衝信號進行整形，並輸出整形後的脈衝信號；光耦電路，用於被所述的整形電路輸出的整形後的脈衝信號驅動，所述 的光耦電路再輸出 一脈衝信號；分路電路，用於將所述的光耦電路輸出的所述一脈衝信號放大後輸出。
9. 根據權利要求8所述的光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，還包括 電壓適配電路，用於將接收到的不同路輸入的不同範圍的電壓適配處理成所 需的不同電壓，分路輸出給所述的外部編碼器，及所述的整形電路。
10. 根據權利要求9所述的光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，所述的 電壓適配電路具體用於將接收的電壓通過限流電阻輸出給所述的外部編碼 器，並且將接收的電壓通過穩壓管輸出給所述的整形電路。
11. 根據權利要求9所述的光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，所述的 電壓適配電路具體用於將接收的工作範圍的電壓直接輸出給所述的外部編碼 器和整形電路。
12. 根據權利要求8所述的光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，所述的 整形電路具體用於將外部編碼器發送的兩路初始脈衝信號整形處理成兩路波 形為標準方波的標準脈衝信號，並將所述標準脈衝信號輸出給所述光耦電路; 所述外部編碼器發送的兩路初始脈衝信號的佔空比與所述整形電路輸出的兩 路標準脈衝信號的佔空比相同。
13. 根據權利要求12所述的光電隔離脈沖分路裝置，其特徵在於，所述 的整形電路具體包括第一運算放大器和第二運算放大器；所述的第一運算放大器的同相輸入端輸入外部編碼器發送的一路初始脈 衝信號，反相輸入端疊加輸入所述的一路初始脈衝信號和所述的第二運算放 大器輸出的波形為標準方波的一路標準脈衝信號，並向所述的光耦電路輸出 另一路標準脈衝信號；所述的第二運算放大器的同相輸入端輸入外部編碼器發送的另一路初始 脈衝信號，反相輸入端疊加輸入所述的另一路初始脈衝信號和所述的第一運 算放大器輸出的波形為標準方波的另一路標準脈衝信號，並向所述的光耦電 路輸出所述一路標準脈衝信號；其中所述的另一路標準脈衝信號和一路初始脈衝信號的佔空比相同，所述的 一路標準脈衝信號和另一路初始脈衝信號的佔空比相同。
14. 根據權利要求8所述的光電隔離脈衝分路裝置，其特徵在於，所述的 分路電路為多個分路電路，所述的光耦電路分別與所述的多個分路電路相連 接；所述的多個分路電路中的每一個分路電路將所述的光耦電路輸出的所述 一脈衝信號放大後輸出。
全文摘要
本發明公開了一種光電隔離脈衝分路方法和光電隔離脈衝分路裝置，方法包括對外部編碼器發送的電動機測速時生成的初始脈衝信號進行整形，並輸出整形後的脈衝信號；整形後的脈衝信號驅動光耦電路，生成一脈衝信號；將一脈衝信號放大後輸出，根據一脈衝信號進行電動機測速處理。裝置包括整形電路，用於對外部編碼器發送的初始脈衝信號進行整形，並輸出整形後的脈衝信號；光耦電路，整形後的脈衝信號驅動光耦電路，再輸出一脈衝信號；分路電路，用於將一脈衝信號放大後輸出。本發明利用整形電路對輸入的脈衝信號進行整形，實現了不改變信號的佔空比，從而有利於保證信號的遠距離傳輸，提高信號的抗幹擾能力，和對後續的信號的精確處理。
文檔編號H03K5/00GK101615901SQ200910090019
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月29日 優先權日2009年7月29日
發明者淳 嶽, 段紀升, 偉 毛, 王俊成 申請人:北京京誠瑞達電氣工程技術有限公司