CN102331522B - 一种隔离型光传输设备供电压采集电路 - Google Patents

一种隔离型光传输设备供电压采集电路 Download PDF

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本发明涉及光传输设备供电压采集电路，具体说是一种隔离型光传输设备供电压采集电路，采用型号为ADUM7441的磁隔离芯片IC2和型号为ADC084S021的四通道的模数转换芯片IC4搭建隔离采样电路，并采用型号为TL431A的稳压管D1进行电压转化并直接使用负压给整个隔离采集电路供电。本发明所述的隔离型光传输设备供电压采集电路，大大降低整个电压采集电路的成本，而性能满足系统要求，实现了外部供电和系统设备的完全隔离，而又以较高的精度将模拟电压转化为数字信号，极大提高了系统的可靠性。

Description

一种隔离型光传输设备供电压采集电路
技术领域
本发明涉及光传输设备供电压采集电路，具体说是一种隔离型光传输设备供电压采集电路。
背景技术
在光传输设备中，一般都要求将设备的两路或更多路供电压上报给网管，来对设备电压进行监控，这就要求提供一种电压采集电路。传统的方法一般使用非隔离的方式，这种方式要求必须将信号地与外部的电源地短接，系统设备的安全性和可靠性都比较差。
目前，隔离型的电压采集电路方案是很多的，从传输介质上大体分两类：光隔离和磁隔离。从实现方式上分前端隔离型和信道隔离型两种。
但是考察现有的技术方案实现成本都比较高，对于前端隔离型，因为线性光耦本身的成本就比较高，而且，对精度有一定要求的应用，需要手工进行校准。对于信道隔离型，因为光传输设备一般都是-32V～-64V(或-24V左右)供电，而通常的模数转换芯片都是低压供电且是正电压供电，所以用现有的技术方案处理起来，会增加很多成本。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种隔离型光传输设备供电压采集电路，隔离效果好，成本低。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种隔离型光传输设备供电压采集电路，其特征在于：采用型号为ADUM7441的磁隔离芯片IC2和型号为ADC084S021的四通道的模数转换芯片IC4搭建隔离采样电路，并采用型号为TL431A的稳压管D1进行电压转化并直接使用负压给整个隔离采集电路供电。
在上述技术方案的基础上，整个隔离采集电路包括一主一备两路设备的供电输入和一路供电输出，其中：
两路设备的供电输入包括三个端子，供电压公共正极端子POV、第一供电压负极端子N48V1和第二供电压负极端子N48V2，
一路供电输出包括两个端子，供电压公共正极端子POV和供电输出端子N48V，
第一供电压负极端子N48V1和第二供电压负极端子N48V2分别经过二极管D3、D4遴选后并经过过欠压保护电路后产生的负压由供电输出端子N48V输出。
在上述技术方案的基础上，供电输出部分的供电压公共正极端子POV连接到稳压管D1的管脚1，
稳压管D1的管脚1还分别与电阻R7的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的负极连接，
稳压管D1的管脚8分别与电阻R7的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R6的一端连接，
二极管D2的正极分别与电阻R6的另一端、稳压管D1的管脚7、稳压管D1的管脚6、稳压管D1的管脚3、稳压管D1的管脚2连接，
电阻R1～R5依次串联，电阻R1与供电输出部分的供电输出端子N48V连接，电阻R5与二极管D2的正极连接，
POV和N48V经过稳压管D1和电阻R1～R5钳制稳压后，输出N5V电压供采集电路使用，二极管D2是过压保护二极管。
在上述技术方案的基础上，型号为NUP4114HMR6的集成的TVS管IC1的管脚5接POV，管脚2接N5V电压，
管脚1分别与电阻R10的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端、电感L1的一端连接，
管脚6分别与电阻R9的一端、电阻R11的一端、电容C3的一端、电感L2的一端连接，
电阻R12的另一端分别与电容C4的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子POV连接，
电阻R10的另一端与供电输入部分的第一供电压负极端子N48V1连接，
电阻R11的另一端分别与电容C3的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子POV连接，
电阻R9的另一端与供电输入部分的第二供电压负极端子N48V2连接，
集成的TVS管IC1和电感L1和L2以及电阻R13、R14一起对热拔插时的浪涌电流和电压进行抑制，起保护作用，
电阻R10、R12和R9、R11起分压作用，保证分压值在模数转换芯片IC4的测量范围之内。
在上述技术方案的基础上，电感L1的另一端分别和电容C6的一端、电阻R13的一端连接，
电容C6的另一端接N5V电压，
电阻R13的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚7连接，
电感L2的另一端分别和电容C5的一端、电阻R14的一端连接，
电容C5的另一端接N5V电压，
电阻R14的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚6连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚5与电阻R15的一端连接，
电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端、N5V电压、四通道的模数转换芯片IC4的管脚3连接，
电阻R16的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚4连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚2分别与电容C8的一端、电容C9的一端连接，
电容C8的另一端、电容C9的另一端均接N5V电压，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚1和磁隔离芯片IC2的管脚12连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚10和磁隔离芯片IC2的管脚14连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚9和磁隔离芯片IC2的管脚11连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚8和磁隔离芯片IC2的管脚13连接，
磁隔离芯片IC2的管脚6对外作为SPI_DO接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚2接地，
磁隔离芯片IC2的管脚8接地，
磁隔离芯片IC2的管脚9接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚15接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚3对外作为SPI_CLK接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚4对外作为SPI_DI接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚5对外作为SPI_CS接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚1与电容C12的一端连接，
电容C12的另一端与电容C10的一端连接，
电容C10的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚7连接，
磁隔离芯片IC2的管脚10分别与磁隔离芯片IC2的管脚16、电容C13的一端连接，
电容C13的另一端分别和电容C11的一端、N5V电压连接，
电容C11的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚16连接。
本发明所述的隔离型光传输设备供电压采集电路，实现了外部供电和系统设备的完全隔离，而又以较高的精度将模拟电压转化为数字信号，经过SPI(串行外设接口)信道接口磁隔离后，传输给内部处理单元。极大提高了系统的可靠性，尤其是单盘热拔插时，可能引起的各种损坏，同时有力支援了系统设备各项EMC(电磁兼容性)指标测试的成功率。具体的实用电路，批量采购的总价可以做到3个美金以下，这与现有的隔离型电压采集方案相比，价格优势较明显。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的电路原理图，
图2设备电压引入示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的隔离型光传输设备供电压采集电路，采用型号为ADUM7441的磁隔离芯片IC2和型号为ADC084S021的四通道的模数转换芯片IC4搭建隔离采样电路，并采用型号为TL431A的稳压管D1进行电压转化并直接使用负压给整个隔离采集电路供电。采用此种设计方案从而大大降低整个电压采集电路的成本，而性能满足系统要求。
图1是本发明的电路原理图，整个隔离采集电路包括一主一备两路设备的供电输入和一路供电输出，其中：
两路设备的供电输入包括三个端子，分别为POV(供电压公共正极端子)、N48V1(第一供电压负极端子)和N48V2(第二供电压负极端子)，是设备的两路供电输入，一主一备。
一路供电输出包括两个端子，分别为POV(供电压公共正极端子)和N48V(供电输出端子)。
例如，可采用图2所示的POV和N48V在整个电路板设计中所在位置和N48V1和N48V2两路转化为N48V一路的处理方式。如图2所示，N48V是第一供电压负极端子N48V1和第二供电压负极端子N48V2分别经过二极管D3和D4遴选后并经过过欠压保护电路后产生的负压。
在上述技术方案的基础上，如图1所示，供电输出部分的供电压公共正极端子POV连接到稳压管D1的管脚1，
稳压管D1的管脚1还分别与电阻R7的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的负极连接，
稳压管D1的管脚8分别与电阻R7的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R6的一端连接，
二极管D2的正极分别与电阻R6的另一端、稳压管D1的管脚7、稳压管D1的管脚6、稳压管D1的管脚3、稳压管D1的管脚2连接，
电阻R1～R5依次串联，电阻R1与图1所示供电输出部分的供电输出端子N48V连接，电阻R5与二极管D2的正极连接。
POV和N48V经过稳压管D1和电阻R1～R5钳制稳压后，输出N5V电压供采集电路使用，二极管D2是过压保护二极管，出于散热和功耗方面的考虑，电阻R1～R5不可以合并为一个电阻。
在上述技术方案的基础上，如图1所示，型号为NUP4114HMR6的集成的TVS管IC1的管脚5接POV，管脚2接N5V电压，
管脚1分别与电阻R10的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端、电感L1的一端连接，
管脚6分别与电阻R9的一端、电阻R11的一端、电容C3的一端、电感L2的一端连接，
电阻R12的另一端分别与电容C4的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子POV连接，
电阻R10的另一端与供电输入部分的第一供电压负极端子N48V1连接，
电阻R11的另一端分别与电容C3的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子POV连接，
电阻R9的另一端与供电输入部分的第二供电压负极端子N48V2连接。
图1中的位号IC1是集成的瞬态电压抑制器，和电感L1和L2以及电阻R13、R14一起对热拔插时的浪涌电流和电压进行抑制，起保护作用。电阻R10、R12和R9、R11起分压作用，保证分压值在模数转换芯片IC4的测量范围之内。
在上述技术方案的基础上，如图1所示，电感L1的另一端分别和电容C6的一端、电阻R13的一端连接，
电容C6的另一端接N5V电压，
电阻R13的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚7连接，
电感L2的另一端分别和电容C5的一端、电阻R14的一端连接，
电容C5的另一端接N5V电压，
电阻R14的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚6连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚5与电阻R15的一端连接，
电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端、N5V电压、四通道的模数转换芯片IC4的管脚3连接，
电阻R16的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚4连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚2分别与电容C8的一端、电容C9的一端连接，
电容C8的另一端、电容C9的另一端均接N5V电压，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚1和磁隔离芯片IC2的管脚12连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚10和磁隔离芯片IC2的管脚14连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚9和磁隔离芯片IC2的管脚11连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚8和磁隔离芯片IC2的管脚13连接，
磁隔离芯片IC2的管脚6对外作为SPI_DO接脚(图中标注的！SPI_DO，‘！’表示原理图中标注该信号是全局变量的一个符号，信号名实际就是SPI_DO，其余此类标注不再逐一说明)，SPI_DO即SPI(串行外设接口)的主入从出数据线，对外连接到处理器的SPI总线的主入从出数据线，
磁隔离芯片IC2的管脚2接地，
磁隔离芯片IC2的管脚8接地，
磁隔离芯片IC2的管脚9接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚15接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚3对外作为SPI_CLK接脚，SPI_CLK即SPI(串行外设接口)的时钟线，对外连接到采样数据处理设备的SPI总线的时钟线，
磁隔离芯片IC2的管脚4对外作为SPI_DI接脚，SPI_DI即SPI(串行外设接口)的主出从入数据线，对外连接到采样数据处理设备的SPI总线的主出从入数据线，
磁隔离芯片IC2的管脚5对外作为SPI_CS接脚，SPI_CS即SPI(串行外设接口)的片选线，对外连接到采样数据处理设备的SPI总线的片选线，
磁隔离芯片IC2的管脚1与电容C12的一端连接，
电容C12的另一端与电容C10的一端连接，
电容C10的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚7连接，
磁隔离芯片IC2的管脚10分别与磁隔离芯片IC2的管脚16、电容C13的一端连接，
电容C13的另一端分别和电容C11的一端、N5V电压连接，
电容C11的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚16连接。
IC2是磁隔离芯片，将SPI接口信道隔离，隔离性能和需要SPI接口数据传输速率不同，可通过选择不同的磁隔离芯片来提供。
图1电路实例相关的器件列表如下：
Figure BSA00000559192400091
本发明所述的隔离型光传输设备供电压采集电路，大大降低整个电压采集电路的成本，而性能满足系统要求，实现了外部供电和系统设备的完全隔离，而又以较高的精度将模拟电压转化为数字信号，极大提高了系统的可靠性。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种隔离型光传输设备供电压采集电路，其特征在于：采用型号为ADUM7441的磁隔离芯片IC2和型号为ADC084S021的四通道的模数转换芯片IC4搭建隔离采样电路，并采用型号为TL431A的稳压管D1进行电压转化并直接使用负压给整个隔离采集电路供电；
整个隔离采集电路包括一主一备两路设备的供电输入和一路供电输出，其中：
两路设备的供电输入包括三个端子，供电压公共正极端子P0V、第一供电压负极端子N48V1和第二供电压负极端子N48V2，
一路供电输出包括两个端子，供电压公共正极端子P0V和供电输出端子N48V，
第一供电压负极端子N48V1和第二供电压负极端子N48V2分别经过二极管D3、D4遴选后并经过过欠压保护电路后产生的负压由供电输出端子N48V输出；
供电输出部分的供电压公共正极端子P0V连接到稳压管D1的管脚1，
稳压管D1的管脚1还分别与电阻R7的一端、电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的负极连接，
稳压管D1的管脚8分别与电阻R7的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R6的一端连接，
二极管D2的正极分别与电阻R6的另一端、稳压管D1的管脚7、稳压管D1的管脚6、稳压管D1的管脚3、稳压管D1的管脚2连接，
电阻R1～R5依次串联，电阻R1与供电输出部分的供电输出端子N48V连接，电阻R5与二极管D2的正极连接，
P0V和N48V经过稳压管D1和电阻R1～R5钳制稳压后，输出N5V电压供采集电路使用，二极管D2是过压保护二极管；
型号为NUP4114HMR6的集成的TVS管IC1的管脚5接P0V，管脚2接N5V电压，
管脚1分别与电阻R10的一端、电阻R12的一端、电容C4的一端、电感L1的一端连接，
管脚6分别与电阻R9的一端、电阻R11的一端、电容C3的一端、电感L2的一端连接，
电阻R12的另一端分别与电容C4的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子P0V连接，
电阻R10的另一端与供电输入部分的第一供电压负极端子N48V1连接，
电阻R11的另一端分别与电容C3的另一端、供电输入部分的供电压公共正极端子P0V连接，
电阻R9的另一端与供电输入部分的第二供电压负极端子N48V2连接，
集成的TVS管IC1和电感L1和L2以及电阻R13、R14一起对热拔插时的浪涌电流和电压进行抑制，起保护作用，
电阻R10、R12和R9、R11起分压作用，保证分压值在模数转换芯片IC4的测量范围之内；
电感L1的另一端分别和电容C6的一端、电阻R13的一端连接，
电容C6的另一端接N5V电压，
电阻R13的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚7连接，
电感L2的另一端分别和电容C5的一端、电阻R14的一端连接，
电容C5的另一端接N5V电压，
电阻R14的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚6连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚5与电阻R15的一端连接，
电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端、N5V电压、四通道的模数转换芯片IC4的管脚3连接，
电阻R16的另一端与四通道的模数转换芯片IC4的管脚4连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚2分别与电容C8的一端、电容C9的一端连接，
电容C8的另一端、电容C9的另一端均接N5V电压，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚1和磁隔离芯片IC2的管脚12连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚10和磁隔离芯片IC2的管脚14连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚9和磁隔离芯片IC2的管脚11连接，
四通道的模数转换芯片IC4的管脚8和磁隔离芯片IC2的管脚13连接，
磁隔离芯片IC2的管脚6对外作为SPI_D0接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚2接地，
磁隔离芯片IC2的管脚8接地，
磁隔离芯片IC2的管脚9接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚15接N5V电压，
磁隔离芯片IC2的管脚3对外作为SPI_CLK接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚4对外作为SPI_DI接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚5对外作为SPI_CS接脚，
磁隔离芯片IC2的管脚1与电容C12的一端连接，
电容C12的另一端与电容C10的一端连接，
电容C10的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚7连接，
磁隔离芯片IC2的管脚10分别与磁隔离芯片IC2的管脚16、电容C13的一端连接，
电容C13的另一端分别和电容C11的一端、N5V电压连接，
电容C11的另一端与磁隔离芯片IC2的管脚16连接。
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