CN105306044B - 一种信号完全隔离的滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号完全隔离的滤波电路。使用本发明能够抑制干扰，实现目标信号的可靠隔离传输，且电路简单，成本低。本发明包括电阻分压电路(电阻器R1、电阻器R2和开关二极管V1)、光电耦合器OP1、信号滤波电路(电阻器R3、电容器C1和电阻器R4)，以及斯密特触发器D1。通过调节电阻R1和电阻R2的电阻值，使得光电耦合器OP1的输入电流If减小，实现信号幅度大于设定阈值的干扰信号被光电耦合器OP1截止。通过调节电阻R3的电阻值和电容C1的阻抗，能够使得一定宽度的信号脉冲通过，而滤过窄脉冲。利用斯密特触发器D1的MOS电路功能，限制信号电压范围，使得达到一定范围内的低电压的输入信号才能进行有效传输。

Description

一种信号完全隔离的滤波电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种信号完全隔离的滤波电路。

背景技术

航天器设备在导弹和整星航天飞行中，环境恶劣，设备容易受到干扰，尤其是长距离传输信号。因此需要有效地将一定范围的干扰进行抑制，且将信号进行完全隔离。同时，当前航天器产品的一个重大风险为单点失效，故障时不可修复，因此航天器产品电路设计的重点之一即是加强可靠性设计和抑制干扰设计。当前航天器产品主要采用的是信号源隔离的方式，一般采用光电耦合器OP的通断来实现对信号源的隔离，但是当目标信号参杂干扰信号时，只能通过光电耦合器的导通与断开来实现信号的传输与隔离，不能进行精确控制，在去除干扰的条件下实现信号的有效传输。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种信号完全隔离的滤波电路，能够抑制干扰，实现目标信号的可靠隔离传输，且电路简单，成本低。

本发明的信号完全隔离的滤波电路，包括：电阻分压电路、光电耦合器OP1、信号滤波电路和斯密特触发器D1；其中，电阻分压电路包括电阻器R1、电阻器R2和开关二极管V1；信号滤波电路包括电阻器R3、电容器C1和电阻器R4；光电耦合器OP1由发光二极管和三极管组成；

其中，隔离供电电源VCC1接在光电耦合器OP1中发光二极管的正端上；输入信号RST*接开关二极管V1的负端，电阻R2的两端分别接开关二极管V1的正端和光电耦合器OP1中发光二极管的负端；电阻R1的两端分别与光电耦合器OP1中发光二极管的正、负端连接；

设备供电电源VCC2接在光电耦合器OP1中三极管的集电极上；斯密特触发器D1的输出端为输出信号COM_RST*的输出端；斯密特触发器D1的电源脚接设备供电电源VCC2；电阻R3的两端分别与斯密特触发器D1的输入端和光电耦合器OP1中三极管的发射极连接；电阻R4的两端分别与光电耦合器OP1中三极管的发射极和斯密特触发器D1的地脚连接；电容C1的两端分别与斯密特触发器D1的地脚和斯密特触发器D1的输入端连接；斯密特触发器D1的地脚与设备供电地DGND连接。

进一步地，所述电阻R1和电阻R2之间满足如下关系：

(VCC1-U2)/R1＝(U2-Vf2-Vg)/R2；

其中，U2为光电耦合器OP1中二极管的负端的电压，U2＝VCC1-Vf1，VCC1为隔离供电电源VCC1的电压值，Vf1为光电耦合器OP1中二极管的正、负端的额定压差；Vf2为开关二极管V1的正向电压；Vg为设定的光电耦合器OP1的截止电压下限；

并且，电阻R1和电阻R2的阻值大小满足：当输入信号RST*的幅值为0时，通过光电耦合器OP1中发光二极管的正、负端之间的电流接近于光电耦合器OP1的额定输入电流If。

进一步地，所述电阻R3的电阻值为20kΩ以下；且电阻R3的阻值和电容C1的阻抗满足如下关系式：

t＝R3×C1

其中，t为输入信号RST*的脉冲宽度。

进一步地，所述电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3和电阻器R4为金属膜电阻器，电容器C1为片式瓷介电容器。

有益效果：

本发明能够在信号幅值和脉冲宽度上对输入信号进行滤波，同时有效地将输入信号隔离，使信号源在干扰情况下，能够滤掉部分干扰，提高了设备的抗干扰能力。本发明尤其适用于信号有隔离要求的设备电路设计中。

附图说明

图1为本发明信号完全隔离的滤波电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种信号完全隔离的滤波电路，如图1所示，包括电阻分压电路、光电耦合器OP1、信号滤波电路和斯密特触发器D1。其中，电阻分压电路包括电阻器R1、电阻器R2和开关二极管V1；信号滤波电路包括电阻器R3、电容器C1和电阻器R4。光电耦合器OP1由发光二极管和三极管组成。

其中，电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3和电阻器R4选用金属膜电阻器，精度高，可调范围大，能够实现电阻值的精确调整，且适用范围广。电容器C1选用片式瓷介电容器。

其连接关系为：隔离供电电源VCC1接在光电耦合器OP1中发光二极管的正端(1脚)上；输入信号RST*接开关二极管V1的负端(K端)，电阻R2的两端分别接开关二极管V1的正端(A端)和光电耦合器OP1中发光二极管的负端(2脚)；电阻R1的两端分别与光电耦合器OP1中发光二极管的正端、负端连接；

设备供电电源VCC2接在光电耦合器OP1中三极管的集电极(3脚)上；斯密特触发器D1的输出端(10脚)输出输出信号COM_RST*；斯密特触发器D1的电源脚(14脚)接设备供电电源VCC2；电阻R3的两端分别与斯密特触发器D1的输入端(11脚)和光电耦合器OP1中三极管的发射极(4脚)连接；电阻R4的两端分别与光电耦合器OP1中三极管的发射极(4脚)和斯密特触发器D1的地脚(7脚)连接；电容C1的两端分别与斯密特触发器D1的地脚(7脚)和斯密特触发器D1的输入端(11脚)连接；斯密特触发器D1的地脚(7脚)与设备供电地DGND连接。

工作方式：

通过光电耦合器OP1能够有效实现输入信号和设备的隔离传输。通过调节电阻R1和电阻R2的电阻值，使得光电耦合器OP1的输入电流IF减小，实现对光电耦合器OP1的输出截止。电阻R3和电容C1形成RC滤波，通过调节电阻R3的电阻值和电容C1的阻抗，能够使得一定宽度的信号脉冲通过，而滤过窄脉冲。利用斯密特触发器D1的MOS电路功能，限制信号电压范围，使得达到一定范围内的低电压的输入信号才能进行有效传输。

电阻R4的作用为，当光电耦合器无输出时，将OP1的4脚信号置为低，防止OP1的信号输出悬空。

下面根据一个具体实施例对该电路进行进一步说明：

隔离供电电源VCC1为5V，开关二极管V1型号为1N6642US，光电耦合器OP1型号为GH3202J。设备供电电源VCC2为5V，电阻R4为10kΩ，斯密特触发器D1型号为54AC14，输入信号RST*的幅值为Vin，脉冲宽度为t。

本发明采用一次RC低通滤波，低频率时通过，高频率时截止，能够去除噪声等不需要的高频率信号。

(1)根据厂家提供的器件手册，光电耦合器的1、2管脚之间的正向电压为Vf1＝1.1V～1.4V，开关二极管V1的正向电压Vf2≤0.7V。假定设置的截止电压的下限为Vg。

则信号RST*的幅值为0≤Vin<Vg时可通过光电耦合器OP1，当Vin≥Vg时，不能通过光电耦合器OP1，信号被隔离。临界状态下，即Vin＝Vg时，光电耦合器的1脚和2脚之间的电流几乎为零，因此可得出公式如下：

(VCC1-U2)/R1＝(U2-Vf2-Vg)/R2……………………(1)

U2为OP12脚的电压，U2＝VCC1-Vf1；

(2)使用比RC常数所决定的频率f(截止频率)低的输入频率时，信号的衰减小；相反地，高频时，因电容C1的阻抗与电阻R3相比变小，故衰减将变大，并与频率成反比。本发明将低通滤波器上增益为-6dB处的频率设为截止频率。可得出：

t＝R3×C1……………………………………(2)

本例以幅值0.8V，脉宽1ms为例进行说明。根据幅值大小和脉冲宽度来确定电路中的部分电阻、电容值。并且电阻R3的阻值不能太大，避免压降带来的不良影响，一般选为20kΩ以下，本发明选用电阻R3为10kΩ。然后根据信号脉冲宽度t＝1ms和公式(2)，获得电容C1的阻抗为0.1uF。

根据公式(1)可以确定R1和R2电阻的比值关系，R2/R1＝(U2-Vf2-Vg)/(VCC1-U2)＝2。然后在Vin＝0时，调节电阻R1和R2的阻值大小，使通过光电耦合器的1脚和2管脚之间的电流能够接近于OP1的额定的输入电流If，If＝10mA～20mA。本发明通过测试得出：电阻R1为39Ω，电阻R2为91Ω。

本发明的信号完全隔离的滤波电路，为航天器信号处理电路提供了可靠性和安全性，并将航天器产品的健壮性向前推进了一步。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种信号完全隔离的滤波电路，其特征在于，包括：电阻分压电路、光电耦合器OP1、信号滤波电路和斯密特触发器D1；其中，电阻分压电路包括电阻器R1、电阻器R2和开关二极管V1；信号滤波电路包括电阻器R3、电容器C1和电阻器R4；光电耦合器OP1由发光二极管和三极管组成；

其中，隔离供电电源VCC1接在光电耦合器OP1中发光二极管的正端上；输入信号RST*接开关二极管V1的负端，电阻R2的两端分别接开关二极管V1的正端和光电耦合器OP1中发光二极管的负端；电阻R1的两端分别与光电耦合器OP1中发光二极管的正、负端连接；

设备供电电源VCC2接在光电耦合器OP1中三极管的集电极上；斯密特触发器D1的输出端为输出信号COM_RST*的输出端；斯密特触发器D1的电源脚接设备供电电源VCC2；电阻R3的两端分别与斯密特触发器D1的输入端和光电耦合器OP1中三极管的发射极连接；电阻R4的两端分别与光电耦合器OP1中三极管的发射极和斯密特触发器D1的地脚连接；电容C1的两端分别与斯密特触发器D1的地脚和斯密特触发器D1的输入端连接；斯密特触发器D1的地脚与设备供电地DGND连接；

其中，电阻R1和电阻R2之间满足如下关系：

(VCC1-U2)/R1＝(U2-Vf2-Vg)/R2；

其中，U2为光电耦合器OP1中二极管的负端的电压，U2＝VCC1-Vf1，VCC1为隔离供电电源VCC1的电压值，Vf1为光电耦合器OP1中二极管的正、负端的额定压差；Vf2为开关二极管V1的正向电压；Vg为设定的光电耦合器OP1的截止电压下限；

电阻R3的阻值和电容C1的阻抗满足如下关系式：

t＝R3×C1

其中，t为输入信号RST*的脉冲宽度。

2.如权利要求1所述的信号完全隔离的滤波电路，其特征在于，所述电阻R1和电阻R2的阻值大小满足：当输入信号RST*的幅值为0时，通过光电耦合器OP1中发光二极管的正、负端之间的电流接近于光电耦合器OP1的额定输入电流If。

3.如权利要求1所述的信号完全隔离的滤波电路，其特征在于，所述电阻R3的电阻值为20kΩ以下。

4.如权利要求1或2或3所述的信号完全隔离的滤波电路，其特征在于，所述电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3和电阻器R4为金属膜电阻器，电容器C1为片式瓷介电容器。