CN101483427B

CN101483427B - 隔离传输电路

Info

Publication number: CN101483427B
Application number: CN2008100323657A
Authority: CN
Inventors: 宋朝盛
Original assignee: MIARTECH MICROELECTRONICS (SHANGHAI) Inc
Current assignee: MIARTECH MICROELECTRONICS (SHANGHAI) Inc
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: CN101483427A

Abstract

本发明公开一种隔离传输电路，用以在第一设备与第二设备之间传输时钟信号和数据信号，隔离传输电路包括小信号变压器，其具有一次侧和二次侧。时钟驱动器输出来自第一设备的时钟信号至一次侧。数据驱动器输出来自第二设备的数据信号至二次侧。在一次侧，第一参考信号产生器产生与该时钟信号成比例的第一参考信号。数据输出比较器依据第一参考信号从小信号变压器的混合了时钟信号和数据信号的传输信号中除去时钟信号，以输出该数据信号至第一设备。在二次侧，第二参考信号产生器产生与数据信号成比例的第二参考信号。时钟输出比较器依据第二参考信号从小信号变压器的混合了时钟信号和数据信号的传输信号除去数据信号，以输出时钟信号至第二设备。

Description

隔离传输电路

技术领域

本发明涉及一种传输电路，尤其涉及一种隔离传输电路。

背景技术

在许多实际的应用系统中，很多情况下需要对模拟信号进行隔离的模数转换(ADC)。通常的做法有以下几种：第一种是在ADC的输入端增加一个模拟信号变压器，对模拟信号先进行隔离之后再进行ADC。第二种是将ADC的时钟信号通过光电耦合器传输到ADC，并将ADC的输出信号用光电耦合器传输回来。以上二种方式都可以完成隔离的信号采集，它们的特点分别如下：第一种方式中，模拟的信号变压器体积大、成本高，性能低，而且不能用于直流信号的采集；第二种方式需要使用两个光电耦合器，而且对于高速信号的采集，需要使用高速光电耦合器，体积大，成本高，电能消耗大。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明提出一种隔离传输电路，具有体积小、成本低的特点。

本发明所提出的一种隔离传输电路，包括：小信号变压器，其具有一次侧和二次侧；时钟驱动器，连接所述第一设备，以驱动输出一来自该第一设备的时钟信号；第一阻抗元件，连接该时钟驱动器与该小信号变压器的一次侧，将该时钟信号耦接至该小信号变压器的一次侧；第一参考信号产生器，连接该时钟驱动器，产生一与该时钟信号成比例的第一参考信号；数据驱动器，连接所述第二设备，以驱动输出一来自该第二设备的数据信号；第二阻抗元件，将该数据信号耦接至该小信号变压器的二次侧，其中该数据信号与该时钟信号在该小信号变压器混合，而在该小信号变压器的一次侧和二次侧形成相同的一传输信号；第二参考信号产生器，连接该数据驱动器，产生一与该数据信号成比例的第二参考信号；时钟输出比较器，连接该第二参考信号和该小信号变压器的二次侧，该时钟输出比较器依据该第二参考信号从该小信号变压器的传输信号中除去该数据信号，以输出该时钟信号至该第二设备；以及数据输出比较器，连接该第一参考信号和该小信号变压器的一次侧，该数据输出比较器依据该第一参考信号从该小信号变压器的传输信号中除去该时钟信号，以输出该数据信号至该第一设备。

在上述的隔离传输电路中，该传输信号中包含的时钟信号电压的分量等于该第一参考信号的电压，该传输信号中包含的数据信号电压的分量等于该第二参考信号的电压。

在上述的隔离传输电路中，举例来说，该第一参考信号与来自该第一设备的该时钟信号电压之比为1∶2，该第二参考信号与该来自该第二设备的数据信号电压之比为1∶2，而该第一阻抗元件与该第二阻抗元件的阻值之比为1∶1。

在上述的隔离传输电路中，该第一参考信号产生器包括一第一分压电路，该第一分压电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，该第一电阻连接于一高电位和一参考节点之间，该第二电阻连接于该参考节点和一低电位之间，该第三电阻连接于该时钟驱动器与该参考节点之间，该参考节点输出该第一参考信号。其中，该第一电阻、第二电阻与第三电阻的阻值比例如为2∶2∶1。

在上述的隔离传输电路中，该第二参考信号产生器包括一第二分压电路，该第二分压电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，该第四电阻连接于一高电位和一分压节点之间，该第五电阻连接于该分压节点和一低电位之间，该第六电阻连接于该时钟驱动器与该分压节点之间，该分压节点输出该第二参考信号。其中，该第四电阻、第五电阻与第六电阻的阻值比例如为2∶2∶1。

综上所述，本发明只采用了一个小信号变压器加上少量器件就可组成隔离传输电路，同时传输时钟信号和数据信号，与现有技术相比，本发明具有体积小、成本低、容易实现的优点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明的隔离传输电路用于在两个设备之间隔离传输信号的示意图。

图2是本发明一个实施例的信号隔离传输电路图。

图3是图2的等效电路图。

图4是对应图2各点的波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施例的信号隔离传输电路30用以在作为第一设备的数据处理设备10与作为第二设备的模数转换器20之间传输信号，其中时钟信号由数据处理设备10向模数转换器20提供，以作为模数转换器20的控制转换速率的时钟。模数转换之后的数字信号Data会经隔离传输电路30回传给数据处理设备10。当然，本发明并不仅限于图1所示的应用，本领域技术人员可知本发明的第一设备和第二设备还可以是其他种类的设备。

图2是本发明一个实施例的信号隔离传输电路图。如图2所示，此隔离传输电路30包括小信号变压器31、时钟驱动器32、第一阻抗元件33，第一参考信号产生器34、数据输出比较器35、数据驱动器36、第二阻抗元件37、第二参考信号产生器38以及时钟输出比较器39。

小信号变压器31具有一次侧(D点一侧)和二次侧(F点一侧)，一次侧和二次侧分别串联一隔直流电容C1、C2。

时钟驱动器32连接数据处理器设备10，将A点的时钟信号CLK(波形如图4中A所示)经过驱动后在输出端提供，并经第一阻抗元件33耦接至该小信号变压器31的一次侧(D点)，经过隔直流电容C1施加到小信号变压器31上隔离输出至二次侧(F点)。

第一参考信号产生器34连接时钟驱动器32，据此产生一在电压上与该时钟信号成比例的第一参考信号U_C(波形如图4中C所示)。作为简化，此比例例如为1/2，即U_C＝1/2U_A。为此，第一参考信号产生器34包括连接高电位VDD的第一电阻，其阻值为2R_R，一阻值为2R_R的第二电阻连接参考节点C和低电位VSS(如接地)，一阻值为R_R的第三电阻连接时钟驱动器32的输出与参考节点C。如果A点的驱动波形是占空比为50％的时钟信号，则驱动器32输出节点的直流电位为1/2电源电压，C点对交流地的等效阻抗为两个2R_R的电阻并联，为R_R，所以最终C点的直流电位为1/2电源电压，交流信号则为驱动器32输出的交流信号的1/2，即U_C＝1/2U_A。

数据驱动器36连接模数转换器20，会将G点的第一电流数据D₁，经过驱动后在其输出端输出。为了保持驱动器36输入信号的不包含直流分量，需将模数转换器20的输出数据流和时钟信号CLK做一次异或运算(XOR)，得到一个双向码编码后的数字信号Data(波形如图4中G所示)，此数字信号Data经过第二阻抗元件37耦接至小信号变压器31的二次侧(F点)，经过隔直流电容C2施加到小信号变压器31上隔离输出至一次侧(D点)。

第二参考信号产生器38连接数据驱动器36，据此产生一在电压上与该数字信号Data成比例的第一参考信号U_E。作为简化，此比例例如为1/2，即U_E＝1/2U_G。为此，第二参考信号产生器38包括连接高电位VDD的第四电阻，其阻值为2R_R，一阻值为2R_R的第五电阻连接参考节点E和低电位VSS(如接地)，一阻值为R_R的第六电阻连接数据驱动器36的输出与参考节点E。由于G点的驱动波形是数字信号Data，则驱动器36输出节点的直流电位为1/2电源电压，E点对交流地的等效阻抗为两个2R_R的电阻并联，为R_R，所以最终E点的直流电位为1/2电源电压，交流信号则为驱动器36输出的交流信号的1/2，即U_E＝1/2U_G(波形如图4中E所示)。

在小信号变压器31中，该数字信号Data与时钟信号CLK会混合形成一传输信号。下面分析这一信号。如图2所示，两个电容均为隔直电容，容量较大，对传输的信号来说阻抗非常小，可忽略不计。在本实施例中，变压器31的两个绕组匝数比为1∶1，即变压器31两端的阻抗比以及电压比均为1∶1。当把小信号变压器31两侧的电路共地，而使数据处理设备10和模数转换器20连接在一起时，其交流等效电路如图3所示，此时D点和F点的电压相等，均为两个驱动器输出电压的均值，即为(U_A+U_G)/2，(波形分别如图4中D和F所示)等效电容50可以隔断直流信号。

数据输出比较器35连接C点的第一参考信号U_C以及D点的传输信号，C点电压为A点信号经过时钟驱动器32后电压的一半，即U_A/2，那么把C点电压和D点电压送到比较器35中，比较器的输出即为对D点电压和C点电压之差值(波形分别如图4中D-C所示)的整形后波形：sgn((U_A+U_G)/2-U_A/2)＝sgn(U_G/2)。从而完全恢复出G点的信号，即数字信号Data，输出至数据处理设备10。

类似地，时钟输出比较器39连接E点的第二参考信号U_E以及F点的传输信号，E点电压为G点信号经过数据驱动器36后电压的一半，即U_G/2，那么把E点电压和F点电压送到比较器39中，比较器的输出即为对F点电压和E点电压之差值(波形分别如图4中F-E所示)的整形后波形：sgn((U_A+U_G)/2-U_G/2)＝sgn(U_A/2)，从而完全恢复出A点的时钟信号CLK，输出至模数转换器20中。

经过以上处理之后，从模数转换器20侧的H点可以得到数据处理设备10输出的时钟信号，从B点可以得到模数转换器20的数字信号，同时起到了隔离的作用。值得一提的是，按照上述的方法，B点的信号为模数转换器20的输出数据流和时钟信号的异或，所以在进入数据处理设备10之前，还需要先和本地时钟进行异或，以恢复原始的模数转换器输出信号。

在上面的实施例中，为简化计算而进行的处理，如将参考节点C的交流电压设置为A点电压的一半、将将参考节点E的交流电压设置为G点电压的一半、以及使第一、第二阻抗元件33、37的阻值均为R，不应视为对本发明的限制。在实际中，在保证C点信号大致等于传输信号中包含的时钟信号的分量，而E点信号大致等于传输信号中包含的电流数据的分量的条件下，本领域技术人员完全可作不同的分压比设计。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种隔离传输电路，用以在第一设备与第二设备之间传输时钟信号和数据信号，其特征在于，所述隔离传输电路包括：

小信号变压器，其具有一次侧和二次侧；

时钟驱动器，连接所述第一设备，以驱动输出一来自该第一设备的时钟信号；

第一阻抗元件，连接该时钟驱动器与该小信号变压器的一次侧，将该时钟信号耦接至该小信号变压器的一次侧；

第一参考信号产生器，连接该时钟驱动器，产生一与该时钟信号成比例的第一参考信号；

数据驱动器，连接所述第二设备，以驱动输出一来自该第二设备的数据信号；

第二阻抗元件，将该数据信号耦接至该小信号变压器的二次侧，其中该数据信号与该时钟信号在该小信号变压器中混合，而在该小信号变压器的一次侧和二次侧形成相同的一传输信号；

第二参考信号产生器，连接该数据驱动器，产生一与该数据信号成比例的第二参考信号；

时钟输出比较器，连接该第二参考信号和该小信号变压器的二次侧，该时钟输出比较器依据该第二参考信号从该小信号变压器的传输信号中除去该第二参考信号，以输出第二时钟信号至该第二设备；

数据输出比较器，连接该第一参考信号和该小信号变压器的一次侧，该数据输出比较器依据该第一参考信号从该小信号变压器的传输信号中除去该第一参考信号，以输出第二数据信号至该第一设备。

2.如权利要求1所述的隔离传输电路，其特征在于，该传输信号中包含的时钟信号电压的分量等于该第一参考信号的电压，该传输信号中包含的数据信号电压的分量等于该第二参考信号的电压。

3.如权利要求1或2所述的隔离传输电路，其特征在于，该第一参考信号与来自该第一设备的该时钟信号电压之比为1∶2，而该第一阻抗元件与该第二阻抗元件的阻值之比为1∶1。

4.如权利要求1或2所述的隔离传输电路，其特征在于，该第二参考信号与来自该第二设备的该数据信号电压之比为1∶2，而该第一阻抗元件与该第二阻抗元件的阻值之比为1∶1。

5.如权利要求1所述的隔离传输电路，其特征在于，该第一参考信号产生器包括一第一分压电路，该第一分压电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，该第一电阻连接于一高电位和一参考节点之间，该第二电阻连接于该参考节点和一低电位之间，该第三电阻连接于该时钟驱动器与该参考节点之间，该参考节点输出该第一参考信号。

6.如权利要求5所述的隔离传输电路，其特征在于，该第一电阻、第二电阻与第三电阻的阻值比为2∶2∶1。

7.如权利要求1所述的隔离传输电路，其特征在于，该第二参考信号产生器包括一第二分压电路，该第二分压电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，该第四电阻连接于一高电位和一分压节点之间，该第五电阻连接于该分压节点和一低电位之间，该第六电阻连接于该时钟驱动器与该分压节点之间，该分压节点输出该第二参考信号。

8.如权利要求7所述的隔离传输电路，其特征在于，该第四电阻、第五电阻与第六电阻的阻值比为2∶2∶1。