CN102073108A - 光耦隔离电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光耦隔离电路，该光耦隔离电路包括光耦，所述光耦包括：发光二极管和用于将所述发光二极管发出的光信号转换成电信号的光电三极管；所述光电三极管的基极通过耦合电容器与外部信号源的输出端电连接。本发明实施例的光耦隔离电路，通过在外部信号源的输出端与光电三极管的基极之间连接耦合电容器，使得外部信号源输出的数字信号中的高频分量可以通过该耦合电容器直接驱动该光电三极管，而外部信号源输出的低频分量仍然通过光耦传输，由此可以提高光耦的传输速率，降低光耦的成本。

Description

光耦隔离电路
技术领域
本发明实施例涉及光耦传输技术领域，尤其涉及一种光耦隔离电路。
背景技术
光耦合器(optical coupler，简写为：OC)也称为光电隔离器或光电耦合器，简称为光耦。光耦是以光为媒介来传输电信号的器件。光耦通常是把发光器(例如发光二极管)与受光器(例如光敏半导体管)封装在同一管壳内形成的。当光耦的输入端加电信号时，发光器会发出光线，受光器接受发光器发出的光线之后产生光电流，产生的光电流从光耦的输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换，起到输入、输出隔离的作用。由于具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘、单向传输信号等优点，光耦在数字电路上具有广泛应用。
在接入终端产品中，光耦被用于实现基带控制芯片与数字接口之间的隔离，将低压与高压电路分开；其中，数字接口例如可以为模拟电话业务(POTS)接口或编译码芯片(CODEC)接口。
由于数字接口的速率越来越高，就要求光耦的传输速率也越来越高。为了满足高传输速率，现有技术中一般使用高速光耦，然而高速光耦对材质和工艺均有较高要求，因此高速光耦的成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种光耦隔离电路，以提高光耦的传输速率，降低成本。
本发明实施例提供一种光耦隔离电路，包括光耦，所述光耦包括：发光二极管和用于将所述发光二极管发出的光信号转换成电信号的光电三极管；
所述光电三极管的基极通过耦合电容器与外部信号源的输出端电连接。
本发明实施例的光耦隔离电路，通过在外部信号源的输出端与光电三极管的基极之间连接耦合电容器，使得外部信号源输出的数字信号中的高频分量可以通过该耦合电容器直接驱动该光电三极管，而外部信号源输出的低频分量仍然通过光耦传输，由此可以提高光耦的传输速率，降低光耦的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光耦隔离电路实施例一的示意图；
图2为光耦的结构示意图；
图3为本发明光耦隔离电路进行光耦隔离时的信号时序图；
图4为本发明光耦隔离电路实施例二的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明光耦隔离电路实施例一的示意图，如图1所示：
该光耦隔离电路包括光耦U1；光耦U1包括发光二极管D和光电三极管T；光电三极管T用于将发光二极管D发出的光信号转换成电信号；并且光电三极管T的基极通过耦合电容器C1与外部信号源V的输出端电连接。
该光耦隔离电路工作的过程可以为：外部信号源V输出数字信号，该数字信号经发光二极管D回流到外部信号源V的接地端，同时该数字信号中的高频分量通过耦合电容器C1直接驱动光电三极管T；由此，该数字信号中的高频分量可以通过耦合电容器C1直接传输到光电三极管T，并经光电三极管T传输出去；而该数字信号中的低频分量仍然通过光耦传输，即该数字信号经过发光二极管D使得发光二极管D发光，光电三极管T将发光二极管D发出的光信号转化为电信号输出。其中，本发明各实施例中，未经本发明实施例改进时光耦的传输能力能够传输的信号的频率，称为低频，该频率对应的信号称为低频分量；与低频分量相对应，未经本发明实施例改进时光耦的传输能力不能传输的信号的频率，称为高频，该频率对应的信号称为高频分量。
本实施例提供的光耦隔离电路，可以提高光耦传输的速率，下面结合图2和图3进行具体说明。图2为光耦的结构示意图；图3为本发明光耦隔离电路进行光耦隔离时的信号时序图。
如图2所示，光耦U1包括发光二极管D和光电三极管T。光耦在进行信号传输时会产生时延，该时延包括以下时间段：发光二极管D的电光转换t1、光传输t2、光电三极管的光电转换t3、以及光电三极管产生的时延t4。其中，t2可以忽略不计；而对于光电三极管产生的时延t4，由于现有的工艺很容易得到频率为几兆赫(MHz)的光电三极管，由此使得时延t4可以很小。为了能提高光耦的传输速率，现有技术中通常使用频率高(例如几兆赫)的光耦，但是频率高的光耦的成本通常较高。而本发明实施例通过增加一个耦合电容器C1来缩短t3的时间，由此本发明实施例中无需使用高频率的光耦就可以达到高传输速率。
如图3所示，(a)为图1所示实施例中外部信号源V输出的数字信号；(b)为数字信号(a)通过耦合电容器C1耦合到光电三极管基极的信号；(c)为数字信号(a)通过光耦耦合到光电三极管基极的信号；(d)为光电三极管输出的合成信号，即为信号(b)和信号(c)的合成信号。
由图3可以看出，如果没有耦合电容器C1，而仅仅是通过光耦耦合传输数字信号(a)时，经光电三极管传输的信号为信号(c)，由信号(c)可以看出，数字信号(a)中的高频分量(也称为边缘信号)在传输时产生时延；当包含有耦合电容器C1时，由于耦合电容器C1将数字信号中的高频分量直接耦合到光电三极管，如信号(b)所示，使得该数字信号中的高频分量在传输时产生的时延大大减小，由此就提高了传输速率。
本发明实施例通过耦合电容器C1将数字信号中的高频分量直接耦合到光电三极管，尽管牺牲了部分隔离度，但是由于其大大提升了低速光耦的响应速度，提高了光耦传输的速率，降低了光耦的成本，所以本发明实施例尤其可以应用在对隔离度要求不是很高，但是对成本、传输速率要求高的情况下。例如：通过本发明实施例提供的方案，可以使用几十千赫(kHz)甚至几千赫(kHz)的光耦替代几兆赫(MHz)的光耦就能达到与几兆赫(MHz)的光耦同样的传输速率，从而大大降低隔离成本。
当外部信号源输出的信号不需要放大时，在信号经光耦传输的过程中，可以经由光电三极管的射极输出；当外部信号源输出的信号需要经过放大时，在经光耦传输的过程中，可以经由光电三极管的集电极输出。本发明实施例提供的光耦隔离电路可以应用在信号从射极输出的情况下，也可以应用在信号从集电极输出的情况下。下面分别对这两种情况下的光耦进行相应的描述。
下面结合图1具体说明信号从光电三极管的射极输出的情况。
如图1所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的光耦隔离电路中还可以包括：
光电三极管T的射极通过隔离电容器C2与外部信号源V的接地端电连接，用于形成回路；
光电三极管T的射极和基极之间电连接反馈电阻R1(即第一反馈电阻)，该反馈电阻R1用于加快光电三极管T的导通速率；
光电三极管T的射极通过反馈电容器C3与外部信号源V的输出端电连接，该反馈电容器C3可以用于将高频能量直接耦合到输出端，进一步提升信号传输速率；
光电三极管T的射极与隔离电容器C2之间电连接反馈电阻R2(即第二反馈电阻)；
外部信号源V的输出端经限流电阻R3与发光二极管D电连接。
其中，本发明各实施例中的耦合电容器C1的电容可以为10pF～1μF；该耦合电容器C1的类型可以为高频电容，例如为瓷片电容。
需要说明的是，各实施例中的耦合电容器C1的电容值由传输数字信号的频率和后极电路在光电三极管基极对地端口上的反射电阻决定，例如：当传输数字信号的频率f为1MHz，反射电阻Rr为1kHz时，可以选择0.5/(Rrf)＞C1＞1/(6.28×10fRr)，即0.5nF＞C1＞0.016nF；本实施例中的隔离电容器C2的电容值由C1来决定，例如：通常C2的电容值为C1的10倍。
下面结合图1对上述隔离耦合电路的工作流程进行描述：
数字信号从外部信号源V的输出端输出，经限流电阻R3和发光二极管D，回流到外部信号源V的接地端；同时，数字信号从外部信号源V的输出端输出，经耦合电容器C1到达光电三极管T的基极，然后经光电三极管T的射极、反馈电阻R2到达隔离后的次级接地端，再通过隔离电容C2回流到外部信号源V的接地端(即隔离前的初级接地端)；
从光电三极管T的射极输出的信号经反馈电阻R1反馈给光电三极管T的基极；且从光电三极管T的射极输出的信号经反馈电容C3反馈给外部信号源V的输出端。
本发明实施例的光耦隔离电路，通过在外部信号源的输出端与光电三极管的基极之间连接耦合电容器，使得外部信号源输出的数字信号中的高频分量可以通过该耦合电容器直接驱动该光电三极管，而外部信号源输出的低频分量仍然通过光耦传输，由此可以提高光耦的传输速率，降低光耦的成本。
下面结合图4具体说明信号从光电三极管的集电极输出的情况。
图4为本发明光耦隔离电路实施例二的示意图，本实施例所述的光耦隔离电路应用于信号从光电三极管的集电极输出的情况，如图4所示：
该光耦隔离电路包括光耦U1；光耦U1包括发光二极管D和光电三极管T；并且光电三极管T的基极通过耦合电容器C1与外部信号源V的输出端电连接。
并且，光电三极管T的射极通过隔离电容器C2与外部信号源V的接地端电连接，用于形成回路；
光电三极管T的集电极与电源之间电连接反馈电阻R2(即第三反馈电阻)；
外部信号源V的输出端经限流电阻R3与发光二极管D电连接。
下面结合图4对上述隔离耦合电路的工作流程进行描述：
数字信号从外部信号源V的输出端输出，经限流电阻R3和发光二极管D，回流到外部信号源V的接地端；同时，从外部信号源V的输出端输出的数字信号的高频成分，经耦合电容器C1到达光电三极管T，经光电三极管T的基射结、隔离电容C2回流到外部信号源V的接地端；经光电三极管T放大后的信号经由光电三极管T的集电极输出。
本发明实施例的光耦隔离电路，通过在外部信号源的输出端与光电三极管的基极之间连接耦合电容器，使得外部信号源输出的数字信号中的高频分量可以通过该耦合电容器直接驱动该光电三极管，而外部信号源输出的低频分量仍然通过光耦传输，由此可以提高光耦的传输速率，降低光耦的成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光耦隔离电路，其特征在于包括光耦，所述光耦包括：发光二极管和用于将所述发光二极管发出的光信号转换成电信号的光电三极管；
所述光电三极管的基极通过耦合电容器与外部信号源的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的射极和基极之间电连接第一反馈电阻。
3.根据权利要求2所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的射极通过反馈电容器与所述外部信号源的输出端电连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的射极通过隔离电容器与所述外部信号源的接地端电连接。
5.根据权利要求4所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的射极与所述隔离电容器之间电连接第二反馈电阻。
6.根据权利要求1所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的集电极与电源之间电连接第三反馈电阻。
7.根据权利要求6所述的光耦隔离电路，其特征在于：所述光电三极管的射极通过隔离电容器与所述外部信号源的接地端电连接。
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