CN104793680B - 一种电压信号解调电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压信号解调电路，包括比例采样电路、采样迟滞电路、比较器电路和比例反馈电路。比例采样电路一端与输入总线连接，另一端与比较器输入端、采样迟滞电路分别连接；采样迟滞电路一端连接比例采样电路，另一端连接比较器另一个输入端；比较器输入端与比例采样电路、采样迟滞电路分别连接，比较器输出端与输出总线和比例反馈电路分别连接；比例反馈电路一端与比较器输出端连接，另一端与比较器的两个输入端分别连接。本发明的优点体现在：使用按比例采样、按比例反馈的方法，使信号识别幅度随输入电压的变化而变化，能动态适应分布电阻引起的电压损耗、在大分布电阻条件下可靠工作，从而降低对线路的要求，适应更宽的工作电压范围。

Description

一种电压信号解调电路

技术领域

本发明涉及一种从站解调电路，具体涉及一种电压信号解调电路。

背景技术

在供电与数字信号共用线路的总线结构中，主站通过电压调制方式向从站发送信号，正常线路电压表示信号1，低于正常电压一定幅值表示信号0。在较远布线距离的总线中，由于分布电阻的影响，越是靠近主站，从站从总线得到的工作电压越高，所获得的调制电压幅度越大；越是远离主站，从站得到的工作电压越低，所获得的调制电压幅度也按比例减小。例如：若主站的总线电压36V，信号调制幅度为10伏，调幅比例为10/36；由于线路分布电阻的影响，到线路末端电压降低一半至18V时，信号幅度随之降低为5V，调幅比例仍然是10/36。目前市面主流从站集成电路的工作原理为稳压二极管使电容的电压低于正输入端一个固定值，电容获取总线的平均电压作为参照电压，当输入电压低于电容的参照电压时，比较器输出低电平，达到电压信号解调的目的，其变化幅度为一个固定值。

而实际使用中，由于总线分布电阻的存在，那些靠近主站的从站所获得的调制电压幅度较大；那些远离主站的从站所获得的调制电压幅度也越小。显然，使用固定的翻转幅度的方法并不适合有较大分布电阻和较远分布距离的实际情况。

为能适应从站芯片对电压调制幅度的需求，工程师们被迫使用较高的总线电压、较粗的电缆来提高末端电压。这必然增加工程成本和使用费用。同时，还必须尽可能的限定每个从站的吸入电流和从站接入数目，以达到足够的布线距离。在实际使用中，当总线受潮、入地或者有从站损坏的情况，总线电压会大幅度降低，导致未损坏的从站也无法正常应答，给排除故障和线路维护带来困难。

事实上，生产厂家并未严格按照标准要求10V幅度来生产从站芯片，他们把识别幅度降低到了7V左右，从而削弱了从站的抗干扰能力。但即便如此，也不能满足前文所述末端调制幅度为5V的工作环境。而且，幅度识别电压7V限制了芯片的最低工作电压，目前市面常见产品都只能工作在20V以上的工作环境。

发明内容

本发明为克服现有技术中的不足，提供了一种能动态适应分布电阻、在大分布电阻条件下可靠工作的从站解调电路。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种电压信号解调电路，包括如下电路：

比例采样电路：对总线电压按比例采样，输送至比较器输入端；

采样迟滞电路：对总线采样进行迟滞处理，以供给比较器另一个输入端；

比较器电路：依据两个输入信号进行输出；

比例反馈电路：根据比较器的输出信号，把输入电压按比例反馈回输入端；

比例采样电路一端与输入总线连接，另一端与比较器输入端、采样迟滞电路分别连接；采样迟滞电路一端连接比例采样电路，另一端连接比较器另一个输入端；比较器输入端与比例采样电路、采样迟滞电路分别连接，比较器输出端与输出总线和比例反馈电路分别连接；比例反馈电路一端与比较器输出端连接，另一端与比较器的两个输入端分别连接。

进一步的，所述的比例反馈电路包括正反馈电路和负反馈电路，正反馈电路将比较器输出信号反馈至比较器的正输入端，负反馈电路将比较器的输出信号反馈至比较器的负输入端，通过正反馈电路和负反馈电路中的其中1条或2条通路均可完成比例反馈功能。

进一步的，比较器电路包括比较器。

进一步的，所述的比例采样电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)：

输入信号依次流经串联第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)入地；

在第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第二电阻(R2)、第三电阻(R3)连接处形成第二个电压采样点，输出至比较器的正输入端。

进一步的，所述的采样迟滞电路包括由第四电阻(R4)和电容串联构成的电路：

第四电阻(R4)一端连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的串联结点，得到采样电压，另一端经电容入地，在电容上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器的负输入端。

进一步的，所述的比例反馈电路包括由第五电阻(R5)、第六电阻(R6)及NPN型三极管构成的线性半负反馈电路：

第五电阻(R5)连接比较器的负输入端与三极管的C脚；

第六电阻(R6)连接比较器输出端与三极管的B脚；

三极管的E脚入地。

进一步的，所述的比例采样电路包括由第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)构成的电路：

输入信号依次流经串联第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)入地；

在第七电阻(R7)、第八电阻(R8)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第八电阻(R8)、第九电阻(R9)连接处形成第二个电压采样点，经第十一电阻(R11)输出至比较器的正输入端。

进一步的，所述采样迟滞电路包括由第十电阻(R10)、电容串联构成的电路：

第十电阻(R10)一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)串联结点，得到采样电压，另一端经电容入地，在电容上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器的负输入端。

进一步的，所述的比例反馈电路包括由第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)及NPN型三极管、PNP型三极管构成的线性半正反馈电路：

第十一电阻(R11)的一端连接第八电阻(R8)、第九电阻(R9)结点，另一端连接比较器的正输入端、PNP型三极管的C脚；

第十二电阻(R12)的一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)结点，另一端连接PNP型三极管的E脚；

NPN型三极管的C脚连接PNP型三极管的B脚，NPN型三极管的E脚经第十三电阻(R13)入地，NPN型三极管的B脚连接至比较器的输出脚。

本发明公开的一种电压信号解调电路，具有以下有益效果：

使用按比例采样、按比例反馈的方法，使信号识别幅度随输入电压的变化而变化，能动态适应分布电阻引起的电压损耗、在大分布电阻条件下可靠工作，从而降低对线路的要求，适应更宽的工作电压范围。

附图说明

图1是本发明一种电压信号解调电路的原理框图；

图2是负反馈电路图实施例；

图3是正反馈电路图实施例。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

请参见图1，图1是本发明一种电压信号解调电路的原理框图。所述的一种电压信号调节电路，包括如下电路：

比例采用电路：对总线电压按比例采样，输送至比较器输入端；

采样迟滞电路：对总线采样进行迟滞处理，以供给比较器另一个输入端；

比较器电路：依据两个输入信号进行输出；比较器电路包括比较器。

比例反馈电路:根据比较器的输出信号，把输入电压按比例反馈回输入端。

比例采样电路一端与输入总线连接，另一端与比较器输入端、采样迟滞电路分别连接；采样迟滞电路一端连接比例采样电路，另一端连接比较器另一个输入端；比较器输入端与比例采样电路、采样迟滞电路分别连接，比较器输出端与输出总线和比例反馈电路分别连接；比例反馈电路一端与比较器输出端连接，另一端与比较器的两个输入端分别连接。

需要说明的是，比例反馈电路包括正反馈电路和负反馈电路，正反馈电路将比较器输出信号反馈至比较器的正输入端，负反馈电路将比较器的输出信号反馈至比较器的负输入端，通过正反馈电路和负反馈电路中的其中1条或2条通路均可完成比例反馈功能。

本发明的核心是：使用按比例采样、按比例反馈的方法，使信号识别幅度随输入电压的变化而变化，从而适应更宽的工作范围。

本发明有多种实现方法，以下为按本发明设计的两个电路实例：

实施例1

请参见图2，图2是负反馈电路图实施例。

比例采样电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，其具体连接方式如下：

输入信号依次流经串联第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)入地；

在第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第二电阻(R2)、第三电阻(R3)连接处形成第二个电压采样点，输出至比较器的正输入端。

两个采样信号的差值为输入电压的R2/(R1+R2+R3)倍，随输入电压变化而变化。

采样迟滞电路包括由第四电阻(R4)和电容(C)串联构成的电路，其具体连接方式如下：

第四电阻(R4)一端连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的串联结点，得到采样电压，另一端经电容(C)入地，在电容(C)上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器(A)的负输入端。

比例反馈电路包括由第五电阻(R5)、第六电阻(R6)及NPN型三极管(Q1)构成的线性半负反馈电路，其具体连接方式如下：

第五电阻(R5)连接比较器(A)的负输入端与三极管(Q1)的C脚；

第六电阻(R6)连接比较器(A)输出端与三极管(Q1)的B脚；

三极管(Q1)的E脚入地。

反馈信号是迟滞采样信号强度的R4/(R4+R5)倍，与R1、R2、R3有关，且随输入电压变化而变化。

原理说明：

上电时，由于电容(C)的作用，比较器(A)正输入端电压较高，比较器输出高电平，NPN三极管(Q1)饱和导通，按迟滞采样电压的R4/(R4+R5)倍拉低比较器(A)负输入端，维持比较器(A)的高电平输出。

当总线电压下降时，采样信号直接反馈至比较器(A)的正输入端，由于电容(C)的迟滞效应，比较器(A)的负输入端电压仍然维持在原来的电压。当比较器(A)的正输入端电压低于负输入端电压时，比较器(A)翻转，输出低电平，三极管(Q1)截止，反馈停止，比较器(A)两个输入端的电压差由电阻R1/(R1+R2+R3)确定。

当总线电压上升时，采样信号直接反馈至比较器(A)的正输入端，由于电容(C)的迟滞效应，比较器(A)的负输入端维持原来的电压。当比较器(A)的电压大于R1/(R1+R2+R3)倍输入电压时，比较器(A)翻转输出高电平，三极管(Q1)饱和导通，按迟滞采样电压的R4/R5比例拉低比较器(A)负输入端，维持比较器(A)的高电平输出。

计算过程及说明：

适当取值，使得第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)回路的电流远远大于第四电阻(R4)、第五电阻(R5)回路的电流。

当比较器(A)输出低电平时，三极管(Q1)截止，待电容(C)充电完成后，两个采样电压如下：

比较器(A)正输入端电压：

V_正＝R3/(R1+R2+R3)×V_bus

比较器(A)负输入端电压：

V_负1＝(R2+R3)/(R1+R2+R3)×V_bus

其中：V_bus总线电压

此时，比较器(A)的输出由低电平变为高电平翻转所需的电压幅度，就是正负两个输入端的电压差，计算如下：

V_up＝V_负1-V_正＝R2/(R1+R2+R3)×V_bus

其中：

V_bus：总线电压

V_up：上升翻转阀值

可见，V_up随总线电压V_bus变化而线性变化。

当比较器(A)输出高电平时，三极管(Q1)导通，待电容(C)放电完成后，不考虑(Q1)的结压降和第四电阻(R4)、第五电阻(R5)的分压作用，两个采样电压如下：

比较器(A)正输入端电压：

V_正≈R3/(R1+R2+R3)×V_bus

比较器(A)负输入端电压：

V_负2≈(R2+R3)/(R1+R2+R3)×V_bus×R4/(R4+R5)

其中：V_bus总线电压

此时，比较器(A)的输出由高电平变为低电平翻转所需的电压幅度，就是正负两个输入端的电压差，计算如下：

V_down＝V_负2-V_正＝(R3-(R2+R3)×R4/(R4+R5))/(R1+R2+R3)×V_bus

其中：

V_bus：总线电压

V_down：下降沿翻转阀值

可见，V_down也随总线电压V_bus变化而线性变化。

当总线上电或主站发送1时，总线电压上升，在电容(C)充电过程中，负输入端电压低于正输入端，比较器(A)输出高电平。三极管(Q1)导通，第四电阻(R4)、第五电阻(R5)对采样信号V_负按阻值R4/(R4+R5)的拉低负输入端电压，使负输入端电压低于正输入端，比较器(A)保持高电平输出。

此时，比较器(A)正、负输入端的电压差值取决于采样信号被R4、R5的分压关系，且与R1、R2、R3有关，随总线接入电压变化而变化，它设定了比较器(A)的下次翻转阀值。

当主站发送0时，线路电压降低，由于电容(C)的贮能作用，使负输入端电压维持在之前的电压，因此负输入端电压高于正输入端，比较器(A)输出低电平，三极管(Q1)截止，由于采样电路第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)的分压关系，负输入端电压高于正输入端，比较器(A)保持低电平输出。

此时，比较器(A)正、负输入端的电压差值取决于第二电阻(R2)与第一电阻(R1)、第三电阻(R3)采样信号被第四电阻(R4)、第五电阻(R5)的分压的比例关系，翻转阀值能随总线电压变化而按比例变化。它设定了比较器(A)的下次翻转阀值，即逻辑0的电压识别幅度。

由于电容(C)仅在总线电压上升或者下降沿瞬时起作用，它的容量应该选择较小值，配合第四电阻(R4)形成的充、放电周期较短，可以做到在同一个电路中适应不同通讯速率，而且对缓变干扰不敏感。

实验证明，按此电路所搭电路，在115.2Kbps至1bps条件下，在7.2V至36V电压区间工作正常。

实施例2

请参见图3，图3是正反馈电路图实施例。

比例采样电路包括由第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)构成的电路，其具体连接方式如下：

输入信号依次流经串联第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)入地；

在第七电阻(R7)、第八电阻(R8)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第八电阻(R8)、第九电阻(R9)连接处形成第二个电压采样点，经第十一电阻(R11)输出至比较器的正输入端。

两个采样信号的差值为输入电压的R8/(R7+R8+R9)倍，随输入电压变化而变化。

采样迟滞电路包括由第十电阻(R10)、电容串联构成的电路：

第十电阻(R10)一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)串联结点，得到采样电压，另一端经电容入地，在电容上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器的负输入端。

比例反馈电路包括由第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)及NPN型三极管、PNP型三极管构成的线性半正反馈电路：

第十一电阻(R11)的一端连接第八电阻(R8)、第九电阻(R9)结点，另一端连接比较器的正输入端、PNP型三极管的C脚；

第十二电阻(R12)的一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)结点，另一端连接PNP型三极管的E脚；

NPN型三极管(Q1)的C脚连接PNP型三极管(Q2)的B脚，NPN型三极管(Q1)的E脚经第十三电阻(R13)入地，NPN型三极管(Q1)的B脚连接至比较器的输出脚。

反馈信号是采样信号强度的(R9+R11)/(R9+R11+R12)倍，与R7、R8、R9有关，且随输入电压变化而变化。

原理说明：

上电时，由于电容(C)的作用，比较器(A)正输入端电压较高，比较器输出高电平，三极管(Q1)、三极管(Q2)饱和导通，按采样电压的(R9+R11)/(R9+R11+R12)倍拉高比较器正输入端，维持比较器(A)的高电平输出。

当总线电压下降时，采样信号直接反馈至比较器(A)的正输入端，由于电容(C)的迟滞效应，比较器(A)的负输入端电压仍然维持在原来的电压。当比较器(A)的正输入端电压低于负输入端电压时，比较器(A)翻转，输出低电平，三极管(Q1)截止，反馈停止，比较器(A)两个输入端的电压差由电阻R7/(R7+R8+R9)确定。

当总线电压上升时，采样信号直接反馈至比较器(A)的正输入端，由于电容C的迟滞效应，比较器A的负输入端维持原来的电压。当比较器A的电压大于R1/(R1+R2+R3)倍输入电压时，比较器翻转输出高电平，三极管Q1、Q2饱和导通，按采样电压的(R9+R11)/(R9+R11+R12)倍拉高比较器正输入端，维持比较器的高电平输出。

计算过程及说明：

适当取值，使得第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)回路的电流远远大于第十二电阻(R12)、第十一电阻(R11)回路的电流。

当比较器(A)输出低电平时，三极管(Q1、Q2)截止，待电容(C)充电完成后，两个采样电压如下：

比较器(A)正输入端电压：

V_正1＝R8/(R7+R8+R9)×V_bus

比较器(A)负输入端电压：

V_负＝(R7+R8)/(R7+R8+R9)×V_bus

其中：V_bus总线电压

此时，比较器(A)的输出由低电平变为高电平翻转所需的电压幅度，就是正负两个输入端的电压差，计算如下：

V_up＝V_负-V_正1＝R8/(R7+R8+R9)×V_bus

其中：

V_bus：总线电压

V_up：上升翻转阀值

可见，V_up随总线电压V_bus变化而线性变化。

当比较器(A)输出高电平时，三极管(Q1、Q2)导通，待电容(C)放电完成后，不考虑(Q2)的结压降和第十二电阻(R12)、第十一电阻(R11)的分压作用，两个采样电压如下：

比较器(A)正输入端电压：

V_正2≈R9/(R7+R8+R9)×V_bus+((R8+R9)/(R7+R8+R9)×V_bus)×(R9+R11)/(R9+R11+R12)

≈(R9+(R8+R9)×(R9+R11)/(R9+R11+R12))/(R7+R8+R9)×V_bus

比较器(A)负输入端电压：

V_负≈(R8+R9)/(R7+R8+R9)×V_bus

其中：V_bus总线电压

此时，比较器(A)的输出由高电平变为低电平翻转所需的电压幅度，就是正负两个输入端的电压差，计算如下：

V_down＝V_负-V_正2

＝((R8+R9)-(R9+(R8+R9)×(R9+R11)/(R9+R11+R12)))/(R7+R8+R9)×V_bus

其中：

V_bus：总线电压

V_down：下降沿翻转阀值

可见，V_down也随总线电压V_bus变化而线性变化。

实际运行效果：

经实际测试，按实例一图2所示原理图搭建样品，设定总线电压为36V时解调幅度为9.6V；当总线电压降低至9V时，电路仍然能可靠工作，解调幅度自动降低至2.4V；其电压适应能力远远优于同类产品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电压信号解调电路，其特征在于，包括如下电路：

比例采样电路：对总线电压按比例采样，输送至比较器输入端；

采样迟滞电路：对总线采样进行迟滞处理，以供给比较器另一个输入端；

比较器电路：依据两个输入信号进行输出；

比例反馈电路：根据比较器的输出信号，把输入电压按比例反馈回输入端；

比例采样电路一端与输入总线连接，另一端与比较器输入端、采样迟滞电路分别连接；采样迟滞电路一端连接比例采样电路，另一端连接比较器另一个输入端；比较器输入端与比例采样电路、采样迟滞电路分别连接，比较器输出端与输出总线和比例反馈电路分别连接；比例反馈电路一端与比较器输出端连接，另一端与比较器的两个输入端分别连接；

所述的比例反馈电路包括正反馈电路和负反馈电路，正反馈电路将比较器输出信号反馈至比较器的正输入端，负反馈电路将比较器的输出信号反馈至比较器的负输入端，通过正反馈电路和负反馈电路中的其中1条或2条通路均可完成比例反馈功能；

比较器电路包括比较器；

所述的比例采样电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)：

输入信号依次流经串联第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)入地；

在第一电阻(R1)与第二电阻(R2)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第二电阻(R2)、第三电阻(R3)连接处形成第二个电压采样点，输出至比较器的正输入端；所述的采样迟滞电路包括由第四电阻(R4)和电容串联构成的电路：

第四电阻(R4)一端连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的串联结点，得到采样电压，另一端经电容入地，在电容上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器的负输入端；

所述的比例反馈电路包括由第五电阻(R5)、第六电阻(R6)及NPN型三极管构成的线性半负反馈电路：

第五电阻(R5)连接比较器的负输入端与三极管的C脚；

第六电阻(R6)连接比较器输出端与三极管的B脚；

三极管的E脚入地。

2.一种电压信号解调电路，其特征在于，包括如下电路：

比例采样电路：对总线电压按比例采样，输送至比较器输入端；

采样迟滞电路：对总线采样进行迟滞处理，以供给比较器另一个输入端；

比较器电路：依据两个输入信号进行输出；

比例反馈电路：根据比较器的输出信号，把输入电压按比例反馈回输入端；

比例采样电路一端与输入总线连接，另一端与比较器输入端、采样迟滞电路分别连接；采样迟滞电路一端连接比例采样电路，另一端连接比较器另一个输入端；比较器输入端与比例采样电路、采样迟滞电路分别连接，比较器输出端与输出总线和比例反馈电路分别连接；比例反馈电路一端与比较器输出端连接，另一端与比较器的两个输入端分别连接；

所述的比例反馈电路包括正反馈电路和负反馈电路，正反馈电路将比较器输出信号反馈至比较器的正输入端，负反馈电路将比较器的输出信号反馈至比较器的负输入端，通过正反馈电路和负反馈电路中的其中1条或2条通路均可完成比例反馈功能；

比较器电路包括比较器；

所述的比例采样电路包括由第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)构成的电路：

输入信号依次流经串联第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)入地；

在第七电阻(R7)、第八电阻(R8)连接处形成第一个电压采样点，输出至采样迟滞电路；

在第八电阻(R8)、第九电阻(R9)连接处形成第二个电压采样点，经第十一电阻(R11)输出至比较器的正输入端；

所述采样迟滞电路包括由第十电阻(R10)、电容串联构成的电路：

第十电阻(R10)一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)串联结点，得到采样电压，另一端经电容入地，在电容上获得采样电压的迟滞信号，输送到比较器的负输入端；

所述的比例反馈电路包括由第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)及NPN型三极管、PNP型三极管构成的线性半正反馈电路：

第十一电阻(R11)的一端连接第八电阻(R8)、第九电阻(R9)结点，另一端连接比较器的正输入端、PNP型三极管的C脚；

第十二电阻(R12)的一端连接第七电阻(R7)、第八电阻(R8)结点，另一端连接PNP型三极管的E脚；

NPN型三极管的C脚连接PNP型三极管的B脚，NPN型三极管的E脚经第十三电阻(R13)入地，NPN型三极管的B脚连接至比较器的输出脚。