CN101895289A

CN101895289A - 一种信号接口电路

Info

Publication number: CN101895289A
Application number: CN 201010216545
Authority: CN
Inventors: 张志国
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明涉及一种信号接口电路，包括：第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端，所述信号接口电路进一步包括限流保护电路和光耦，其中，所述限流保护电路连接到第一电源和所述光耦的发射端阳极之间；所述光耦的发射端阴极连接到所述第一信号输入端，所述光耦的接收端集电极连接到所述第二电源，所述光耦的接收端发射极接第二地，所述光耦的接收端集电极为信号输出端；所述第二信号输入端接第一地。实施本发明的信号接口电路，可以采用光耦接收通过各种传输接口发送的信号，经隔离电压转换可以输出正确的信号，从而实现了一种信号接口电路同时具备多个接口电路的功能，可以接收多种传输接口信号，并且由于硬件电路拓扑简单，信号输入端的耐过压能力高。

Description

一种信号接口电路

技术领域

本发明涉及信号传输领域，更具体地说，涉及一种信号接口电路。

背景技术

在电力、通信等行业，需要处于不同地理位置的智能装置具备统一的运行时钟。目前采用全球定位系统(GPS)接收卫星时间然后将该卫星时间以未经标准正弦载频进行幅度调制的靶场间仪器组B型格式(IRIG-B(DC)信号格式)发送给各种智能装置。处于不同地理位置的智能装置接收到IRIG-B(DC)信号格式的卫星时间后同步本地时钟。GPS设备在发送IRIG-B(DC)信号时可以从几种传输接口如RS485传输接口、RS232传输接口、TTL5V传输接口等中进行选择。为了提高智能装置的适应性，满足不同的传输接口电压要求，智能装置就需要同时具备多个接口电路。例如智能装置需要同时具备RS485接口电路、RS232接口电路和TTL5V接口电路以分别接收RS485信号、RS232信号和TTL5V信号。然而，在实际使用时，仅有一种接口电路进行信号的收发，而其余的接口电路处于闲置状态，造成了浪费。

因此，需要一种信号接口电路，能够同时具备多个接口电路的功能，接收多种传输接口信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的接口电路只能接收单一的传输接口信号的缺陷，提供一种同时具备多个接口电路的功能，接收多种传输接口信号的信号接口电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种信号接口电路，包括：第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端，所述信号接口电路进一步包括限流保护电路和光耦，其中，所述限流保护电路连接到第一电源和所述光耦的发射端阳极之间；所述光耦的发射端阴极连接到所述第一信号输入端，所述光耦的接收端集电极连接到所述第二电源，所述光耦的接收端发射极接第二地，所述光耦的接收端集电极为信号输出端；所述第二信号输入端接第一地。

在本发明所述的信号接口电路中，所述限流保护电路包括第一稳压管，所述第一稳压管的阳极连接到所述光耦的发射端阳极，所述第一稳压管的阴极连接到所述第一电源。

在本发明所述的信号接口电路中，所述限流保护电路包括第一限流电阻，所述第一限流电阻连接到所述第一电源和所述第一稳压管的阴极之间或所述第一限流电阻连接到所述第一稳压管的阳极和所述光耦的发射端阳极之间。

在本发明所述的信号接口电路中，所述信号接口电路进一步包括第一钳位二极管，所述第一钳位二极管的阳极连接到所述光耦的发射端阴极，所述第一钳位二极管的阴极连接到所述光耦的发射端阳极。

在本发明所述的信号接口电路中，所述信号接口电路进一步包括第二限流电阻，所述第二限流电阻连接到所述第二电源和所述光耦的接收端集电极之间。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种信号接口电路，包括第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端，所述信号接口电路进一步包括限流保护电路和光耦，其中，所述光耦的发射端阳极连接到第一电源，所述光耦的发射端阴极连接到所述限流保护电路的一端，所述限流保护电路的另一端连接到所述第一信号输入端，所述光耦的接收端集电极连接到所述第二电源，所述光耦的接收端发射极接第二地，所述光耦的接收端集电极为信号输出端；所述第二信号输入端接第一地。

在本发明所述的信号接口电路中，所述限流保护电路包括三极管和第二稳压管；其中所述三极管的基极连接到所述第一信号输入端，所述三极管的发射极连接到所述第二稳压管的阴极，所述三极管的集电极连接到所述光耦的发射端阴极；所述第二稳压管的阳极接第一地。

在本发明所述的信号接口电路中，所述限流保护电路进一步包括第三限流电阻，所述第三限流电阻连接到所述第一电源和所述光耦的发射端阳极之间。

在本发明所述的信号接口电路中，所述信号接口电路进一步包括第二钳位二极管，所述第二钳位二极管的阳极连接到所述三极管的发射极，所述第二钳位二极管的阴极连接到所述三极管的基极。

在本发明所述的信号接口电路中，所述信号接口电路进一步包括第四限流电阻，所述第四限流电阻连接到所述三极管的基极和所述第一信号输入端之间。

在本发明所述的信号接口电路中，所述信号接口电路进一步包括第五限流电阻，所述第五限流电阻连接到所述光耦的接收端发射极和第二地之间。

实施本发明的信号接口电路，可以采用光耦接收通过各种传输接口发送的信号，经隔离电压转换可以输出正确的信号，从而实现了一种信号接口电路同时具备多个接口电路的功能，可以接收多种传输接口信号，并且由于硬件电路拓扑简单，第一信号输入端和第二信号输入端的耐过压能力远远高于传统的使用运算放大器搭建的信号接口电路。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的信号接口电路的第一实施例的电路原理图；

图2是本发明的信号接口电路的第二实施例的电路原理图；

图3是本发明的信号接口电路的第三实施例的电路原理图；

图4是本发明的信号接口电路的第四实施例的电路原理图；

图5是经RS485传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的信号波形图；

图6是经RS232传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的信号波形图；

图7是经TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的信号波形图。

具体实施方式

在本发明中，构造了不同的信号接口电路，其运用的共同原理是基于从第一信号输入端和第二信号输入端接收到的信号电平，控制光耦的通断，从而在信号输出端输出与所述从第一信号输入端和第二信号输入端接收到的信号电平相对应的高电平或者低电平。

图1是本发明的信号接口电路的第一实施例的电路原理图。如图1所示，本发明的信号接口电路包括第一信号输入端IN+、第二信号输入端IN-、信号输出端OUT、限流保护电路100和光耦U1。所述限流保护电路100连接到第一电源V1和所述光耦U1的发射端阳极之间。所述光耦U1的发射端阴极连接所述第一信号输入端IN+。所述光耦U1的接收端集电极连接所述第二电源V2。所述光耦U1的接收端发射极接第二地GND。所述光耦U1的接收端集电极为信号输出端OUT。所述第二信号输入端IN-接第一地GND1。本领域技术人员知悉，光耦的作用就是实现信号的隔离和电平的转换，因此光耦两侧的第二地GND和第一地GND1属于不同的地。

图5-6示出了分别经RS485传输接口、RS232传输接口和TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的信号波形图。这些IRTG-B(DC)信号从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-输入。当第一信号输入端IN+上的电平＞(第一电源V1的电压值-限流保护电路100上的压降-光耦U1导通时的压降)时，光耦U1截止，信号输出端OUT输出高电平。当第一信号输入端IN+上的电平＜(第一电源V1的电压值-限流保护电路100上的压降-光耦U1导通时的压降)时，光耦U1导通，信号输出端OUT输出低电平。

由此可见，本领域技术人员可以通过调节第一电源V1的电压值、限流保护电路100上的压降和光耦U1导通时的压降，控制光耦U1导通或截止，从而使得信号输出端OUT根据从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-接收到的信号输出高电平或是低电平。因此，无论从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-接收到的信号是采用RS485传输接口、RS232传输接口还是TTL5V传输的，在信号输出端都能接收到正确的高电平或者低电平表示的信号。

需要说明的是，在此，限流保护电路100可以采用本领域技术人员已知的任何限流分压电路或者模块来实现。根据发明的教导，本领域技术人员能够根据需要，设计出适合的限流保护电路100。

图2是本发明的信号接口电路的第二实施例的电路原理图。如图所示，本发明的信号接口电路包括第一信号输入端IN+、第二信号输入端IN-、信号输出端OUT、限流保护电路100、光耦U1、第二限流电阻R2和第一钳位二极管D2。在本实施例中，该限流保护电路100包括第一限流电阻R1和第一稳压管D1。

其中，所述第一稳压管D1的阳极连接所述光耦U1的发射端阳极，所述第一稳压管D1的阴极通过所述第一电流电阻R1连接所述第一电源V1。所述光耦U1的发射端阴极连接到所述第一信号输入端IN+。所述光耦U1的接收端集电极连接到所述第二电源V2。所述光耦U1的接收端发射极接第二地GND。所述光耦U1的接收端集电极为信号输出端OUT。所述第二信号输入端IN-接第一地GND1。所述第一钳位二极管D2的阳极连接所述光耦U1的发射端阴极，所述第一钳位二极管D2的阴极连接到所述光耦U1的发射端阳极。所述第二限流电阻R2连接到所述第二电源V2和所述光耦U1的接收端集电极之间。

下面以图2为例，具体说明本发明的信号接口电路可以接收分别经RS485传输接口、RS232传输接口和TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的工作原理。

图5-6示出了分别经RS485传输接口、RS232传输接口和TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号的信号波形图。这些IRTG-B(DC)信号从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-输入。在本实施例中，第一电源V1的电压为12V，第一稳压管D1上的压降为7.5V，而光耦U1的导通压降是1.5V，第一限流电阻R1在光耦U1导通时压降为2.5V。当第一信号输入端IN+上的电平＞(第一电源的电压(12V)-第一稳压管D1上的压降(7.5V)-光耦U1的导通压降(1.5V)＝3V)时，光耦U1截止，信号输出端OUT输出高电平。当第一信号输入端IN+上的电平＜(第一电源的电压(12V)-第一稳压管D1上的压降(7.5V)-光耦U1的导通压降(1.5V)-第一限流电阻在光耦U1导通时压降(2.5V)＝0.5V)时，光耦U1导通，信号输出端OUT输出低电平。

如图5所示，采用RS485传输接口传输的IRTG-B(DC)信号采用差分负逻辑，在实际应用中，由于IRTG-B时钟设备的RS485驱动能力强而负载轻，高电平可达+4V以上，低电平可达-4V以下。因此，当RS485传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是大于3V的，因此信号输出端OUT输出高电平。而当RS485传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为低电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是小于0.5V的，因此信号输出端OUT输出低电平。因此，采用本发明的接口电路显然可以正确传输经RS485传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时。

如图6所示，采用RS232传输接口传输的IRTG-B(DC)信号采用(-3)V-(-15)V表示高电平，4V-15V表示低电平。通过将信号线进行线序调整，可以采用4V-15V表示高电平，(-3)V-(-15)V表示低电平。因而当RS232传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是大于3V的，因此信号输出端OUT输出高电平。而当RS232传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为低电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是小于0.5V的，因此信号输出端OUT输出低电平。因此，采用本发明的接口电路显然可以正确传输经RS232传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时。

如图7所示，采用TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号采用+5V表示高电平，0V或0V以下表示低电平。因而当TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是大于3V的，因此信号输出端OUT输出高电平。而当TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为低电平信号时，第一信号输入端IN+上的电平显然是小于0.5V的，因此信号输出端OUT输出低电平。因此，采用本发明的接口电路显然可以正确传输经TTL5V传输接口传输的IRTG-B(DC)信号为高电平信号时。

综上所述，本发明的信号接口电路显然可以兼容三种采用不同接口输出的信号。并且由于仅采用了光耦、稳压管和电阻这样简单的电子元器件，硬件电路拓扑简单，因此第一信号输入端和第二信号输入端的耐过压能力远远高于传统的使用运算放大器搭建的信号接口电路。

需要进一步说明的是，第一钳位二极管D2的作用是钳位所述光耦U1，以保护其不受到反压损坏，因此在本发明的简化实施例中，所述第一钳位二极管D2是可选的。此外，第一稳压管D1也可以采用正向串联的二极管来替代。此外，在本发明的简化实施例中，第一限流电阻R1也是可选的，此时，该计算公式变成当第一信号输入端IN+上的电平＞(第一电源的电压-第一稳压管D1上的压降-光耦U1的导通压降)时，光耦截止，信号输出端OUT输出高电平。而当第一信号输入端IN+上的电平＜(第一电源的电压-第一稳压管D1上的压降-光耦U1的导通压降)时，光耦导通，信号输出端OUT输出低电平。并且，除了可以将该第一限流电阻R1如图所示连接以外，还可以将其连接到所述第一稳压管D1的阳极和所述光耦U1的发射端阳极之间。

此外，本领域技术人员知悉，虽然上面列出了IRTG-B(DC)信号波形、各个电子元器件的压降，电源电压的具体数值，但是本领域技术人员完全可以根据本发明的教导，将其应用在使用上述RS485传输接口、RS232传输接口和TTL5V传输的其他类型或格式的信号、或采用其他大小的电子元器件压降，电源电压上。

图3是本发明的信号接口电路的第四实施例的电路原理图。如图所示，该信号接口电路包括：第一信号输入端IN+、第二信号输入端IN-和信号输出端OUT。所述信号接口电路进一步包括限流保护电路100和光耦U1。所述光耦U1的发射端阳极连接到第一电源V1，所述光耦U1的发射端阴极连接到所述限流保护电路100的一端。所述限流保护电路100的另一端连接到所述第一信号输入端IN+。所述光耦U1的接收端集电极连接到所述第二电源V2。所述光耦U1的接收端发射极接第二地GND。所述光耦U1的接收端集电极为信号输出端OUT。所述第二信号输入端IN-接第一地GND1。在本实施例中，当第一信号输入端IN+上的电平＞限流保护电路100两端压降时，光耦U1导通，信号输出端OUT输出低电平。当第一信号输入端IN+上的电平＜限流保护电路100两端压降时光耦U1截止，信号输出端OUT输出高电平。

由此可见，本领域技术人员可以通过调节第一电源V1的电压值、限流保护电路100上的压降，控制光耦U1导通或截止，从而使得信号输出端根据从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-接收到的信号输出高电平或是低电平。因此，无论从第一信号输入端IN+和第二信号输入端IN-接收到的信号是采用RS485传输接口、RS232传输接口还是TTL5V传输的，在信号输出端都能接收到正确的高电平或者低电平表示的信号。

需要说明的是，在此，限流保护电路可以采用本领域技术人员已知的任何限流分压电路或者模块来实现。根据发明的教导，本领域技术人员能够根据需要，设计出适合的限流保护电路。

图4是本发明的信号接口电路的第四实施例的电路原理图。如图所示，本发明的信号接口电路包括第一信号输入端IN+、第二信号输入端IN-、信号输出端OUT、限流保护电路100、光耦U1、第三限流电阻R3、第二钳位二极管D4、第四限流电阻R4、第五限流电阻R5。其中，所述限流保护电路100包括三极管Q1和第二稳压管D3。其中所述三极管Q1的基极通过所述第四限流电阻R4连接所述第一信号输入端IN+。所述三极管Q1的发射极连接所述第二稳压管D3的阴极。所述三极管Q1的集电极连接所述光耦U1的发射端阴极。所述第二稳压管D3的阳极接第一地GND1。所述光耦U1的接收端集电极连接所述第二电源V2。所述光耦U1的接收端发射极通过第五限流电阻R5接第二地GND。所述光耦U1的接收端集电极为信号输出端OUT。所述第二信号输入端IN-也接第一地GND1。所述第三限流电阻R3连接到所述第一电源V1和所述光耦U1的发射端阳极之间。所述第二钳位二极管D4的阳极连接到所述三极管Q1的发射极，所述第二钳位二极管D4的阴极连接到所述三极管Q1的基极。

在本实施例中，第一电源V1的电压为12V，第二稳压管D3上的压降为1.8V，三极管Q1的压降为0.7V，而第四限流电阻R4上的压降是0.5V，当第一信号输入端IN+上的电平＞(第二稳压管D3上的压降(1.8V)+三极管Q1的压降(0.7V)+第四限流电阻R4上的压降(0.5V)＝3.0V)时，三极管Q1导通，光耦U1导通，信号输出端OUT输出低电平。当第一信号输入端IN+上的电平＜(第二稳压管D3上的压降(1.8V)+三极管Q1的压降(0.7V))，三极管Q1截止，光耦截止，信号输出端OUT输出高电平。

综上所述，本发明的信号接口电路显然可以兼容三种采用不同接口输出的信号。并且由于仅采用到了光耦、稳压管和电阻这样简单的电子元器件，硬件电路拓扑简单，因此第一信号输入端和第二信号输入端的耐过压能力远远高于传统的使用运算放大器搭建的信号接口电路。

需要进一步说明的是，第二钳位二极管D4的作用是钳位所述三极管Q1，以保护其不受到反压损坏，因此在本发明的简化实施例中，所述第二钳位二极管D4是可选的。此外，第二钳位二极管D4也可以采用正向串联的二极管来替代。

此外，在本发明的简化实施例中，第三限流电阻R3和第四限流电阻R4也是可选的。

并且，除了可以将该第五限流电阻R5如图4所示连接以外，还可以将其连接到所述第二电源V2和所述光耦U1的发射端集电极之间。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种信号接口电路，包括：第一信号输入端(IN+)、第二信号输入端(IN-)和信号输出端(OUT)，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括限流保护电路(100)和光耦(U1)，其中，所述限流保护电路(100)连接第一电源(V1)和所述光耦(U1)的发射端阳极之间；所述光耦(U1)的发射端阴极连接所述第一信号输入端(IN+)，所述光耦(U1)的接收端集电极连接到所述第二电源(V2)，所述光耦(U1)的接收端发射极接第二地(GND)，所述光耦(U1)的接收端集电极为信号输出端(OUT)；所述第二信号输入端(IN-)接第一地(GND1)。

2.根据权利要求1所述的信号接口电路，其特征在于，所述限流保护电路(100)包括第一稳压管(D1)，所述第一稳压管(D1)的阳极连接所述光耦(U1)的发射端阳极，所述第一稳压管(D1)的阴极连接所述第一电源(V1)。

3.根据权利要求2所述的信号接口电路，其特征在于，所述限流保护电路(100)包括第一限流电阻(R1)，所述第一限流电阻(R1)连接到所述第一电源(V1)和所述第一稳压管(D1)的阴极之间或所述第一限流电阻(R1)连接到所述第一稳压管(D1)的阳极和所述光耦(U1)的发射端阳极之间。

4.根据权利要求2所述的信号接口电路，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括第一钳位二极管(D2)，所述第一钳位二极管(D2)的阳极连接所述光耦(U1)的发射端阴极，所述第一钳位二极管(D2)的阴极连接所述光耦(U1)的发射端阳极。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的信号接口电路，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括第二限流电阻(R2)，所述第二限流电阻(R2)连接到所述第二电源(V2)和所述光耦(U1)的接收端集电极之间。

6.一种信号接口电路，包括：第一信号输入端(IN+)、第二信号输入端(IN-)和信号输出端(OUT)，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括限流保护电路(100)和光耦(U1)，其中，所述光耦(U1)的发射端阳极连接到第一电源(V1)，所述光耦(U1)的发射端阴极连接到所述限流保护电路(100)的一端，所述限流保护电路(100)的另一端连接到所述第一信号输入端(IN+)，所述光耦(U1)的接收端集电极连接到所述第二电源(V2)，所述光耦(U1)的接收端发射极接第二地(GND)，所述光耦(U1)的接收端集电极为信号输出端(OUT)；所述第二信号输入端(IN-)接第一地(GND1)。

7.根据权利要求6所述的信号接口电路，其特征在于，所述限流保护电路(100)包括三极管(Q1)和第二稳压管(D3)；其中所述三极管(Q1)的基极连接所述第一信号输入端(IN+)，所述三极管(Q1)的发射极连接所述第二稳压管(D3)的阴极，所述三极管(Q1)的集电极连接所述光耦(U1)的发射端阴极；所述第二稳压管(D3)的阳极接第一地(GND1)。

8.根据权利要求6所述的信号接口电路，其特征在于，所述限流保护电路(100)进一步包括第三限流电阻(R3)，所述第三限流电阻(R3)连接到所述第一电源(V1)和所述光耦(U1)的发射端阳极之间。

9.根据权利要求6所述的信号接口电路，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括第二钳位二极管(D4)和第四限流电阻(R4)，所述第二钳位二极管(D4)的阳极连接到所述三极管(Q1)的发射极，所述第二钳位二极管(D4)的阴极连接到所述三极管(Q1)的基极，所述第四限流电阻(R4)连接到所述三极管(Q1)的基极和所述第一信号输入端(IN+)之间。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的信号接口电路，其特征在于，所述信号接口电路进一步包括第五限流电阻(R5)，所述第五限流电阻(R5)连接到所述光耦(U1)的接收端发射极和第二地(GND)之间。