CN106411419A - 一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法。该方法具体包括：提取低于预设阻值的第一功率电阻一端的电流信号为第一电流信号；提取低于预设阻值的第二功率电阻一端的电流信号为第二电流信号；将所述第一电流信号转换为第一电压信号；将所述第二电流信号转换为第二电压信号；将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号；采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量；将消除所述直流电压分量后的电压信号经过第二差分放大电路放大为第四电压信号；将所述第四电压信号经过比较器电路转换成脉冲电压信号。采用本发明的方法在使用脉冲电流调试方式通信时，能够快速有效提取脉冲电流信号。

Description

一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法

技术领域

本发明涉及通信脉冲电流信号提取与处理领域，特别是涉及一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法。

背景技术

在使用脉冲电流调制(例如MBUS总线)方式通信时，在信号线上电压不变情况下，使用电流脉冲作为数字编码信号发送数据，通信线上会因为静态负载的节点不同，引起总线上的静态电流不同，或者通信信号线过长时，信号线引入外界的电压干扰信号。

为了解决电压干扰信号的问题，传统的信号提取与处理是使用功率电阻把电流信号转换为电压信号，再使用比较器整形转换脉冲电压信号，但是这样需要较大的功率电阻而产生发热和功率损耗。后来对传统的信号提取与处理的方法做了进一步改进，使用功率电阻把电流信号转换为电压信号，再差分放大电路，放大功率电阻提取脉冲信号，后端再使用固定参考电压倒相等处理；因为信号线上的静态电流不同时，放大器输出的直流电压差异较大，静态电流小时，倒相处理后输出直流电压高，静态电流大时，经过倒相后输出直流电压低，同时大大限制后端放大电路放大倍出，有效的脉冲信号输出值较低，前端仍然需要较大的功率电阻。

发明内容

本发明的目的是提供一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法，在使用脉冲电流调试方式通信时，能够快速有效提取脉冲电流信号。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种通信脉冲电流信号提取与处理的系统，包括：电流电压转换电路、第一差分放大电路、电压调整电路、自动平衡电路、第二差分放大电路、电压比较电路以及电压脉冲信号输出电路；

所述电流电压转换电路的第一输出端与所述第一差分放大电路的正相输入端相连；所述电流电压转换电路的第二输出端与所述第一差分放大电路的反相输入端相连；

所述第一差分放大电路的输出端与所述电压调整电路的一端相连；所述电压调整电路的另一端分别与所述自动平衡电路的一端和所述第二差分放大电路的正相输入端相连；

所述第二差分放大电路的输出端与所述电压比较电路相连；

所述电流电压转换电路，用于提取所述第一电流信号和所述第二电流信号；

所述第一差分放大电路，用于放大微小的电压信号，将所述第一差分放大电路的正相输入端和反相输入端形成共模信号；

所述自动平衡电路，用于消除所述直流电压分量。

可选的，所述电流电压转换电路，具体包括：总线、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8；

所述总线的输入端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R1的另一端分别与所述总线的输出端和所述电阻R6的一端相连；

所述电阻R2的另一端分别与所述电阻R3的一端和所述电阻R4的一端相连；

所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R4的另一端分别与所述电阻R5的一端和所述第一差分放大电路中放大器的正相输入端相连，所述电阻R5的另一端接地；

所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R8的一端和所述电阻R7的一端相连；

所述电阻R8接地，所述电阻R7的另一端分别与所述第一差分放大电路中放大器的反相输入端和所述第一差分放大电路中电阻R9的一端相连。

可选的，所述第一差分放大电路，具体包括：第一放大器、电阻R9；

所述第一放大器的输出端分别与所述电阻R9的另一端和所述电压调整电路中的电阻R10的一端相连。

可选的，所述电压调整电路，其特征在于，包括：电阻R10、电阻R12、电容C1和电容C2；

所述电阻R10的另一端与所述电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端分别与所述电阻R12的一端和所述电容C2的一端相连；所述电容C2的一端与所述第二差分放大电路中的电阻R11的一端相连；

所述电容C1与所述电阻R12的节点与所述自动平衡电路中的金属氧化物半导体的漏极连；

所述电阻R12的另一端接地，所述电容C2的另一端接地。

可选的，所述自动平衡电路，具体包括：金属氧化物半导体、二极管D1、二极管D2、电阻R13、电阻R14和电容C3；

所述金属氧化物半导体的漏极分别与所述电阻R12的一端和所述电容C1的一端相连；所述金属氧化物半导体的栅极与所述电阻R14的一端与所述电容C3的一端相连；所述金属氧化物半导体的源极与所述电阻R14的另一端相连；

所述电容C3的一端与所述二极管D1的输入端相连并接地；所述电容C3的另一端分别与所述电阻R14的另一端和所述二极管D1的负极相连；

所述二极管D1的正极与所述电阻R13相连；所述电阻R13与所述二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极与所述电容C3的另一端相连。

可选的，所述第二差分放大电路，具体包括：第二放大器、电阻R11、电阻R15、电阻R16；

所述第二放大器的正相输入端与所述电阻R11的另一端相连；

所述第二放大器的反相输入端分别与所述电阻R16的一端和所述电阻R15的一端相连；

所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述第二放大器的输出端相连。

一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法，包括：

提取低于预设阻值的第一功率电阻一端的电流信号为第一电流信号；

提取低于预设阻值的第二功率电阻一端的电流信号为第二电流信号；

将所述第一电流信号转换为第一电压信号；

将所述第二电流信号转换为第二电压信号；所述第一电压信号不等于第二电压信号；

将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号；所述第三电压信号大于所述第一电压信号，所述第三电压信号大于所述第二电压信号；

采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号；

将消除所述直流电压分量后的电压信号经过第二差分放大电路放大为第四电压信号；

将所述第四电压信号经过比较器电路转换成脉冲电压信号。

可选的，所述将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号，具体包括：

将所述第一电压信号接入第一差分放大器电路的正相输入端；

将所述第二电压信号接入第一差分放大器电路的反相输入端；

将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号。

可选的，所述采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号，具体包括：

采用第一隔直电容处理所述第三电压信号；

采用分立器件消除所述第三电压信号中的所述直流电压分量和所述高压干扰信号。

可选的，所述采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号之前，还包括：

采用单片机给第二隔直电容发送一个控制信号；

判断截取总线电流电压是否稳定；

若是，使用电压跟随器驱动第三电压信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明采用小阻值的功率电阻提取电流信号，减少了因为阻值过大而带来的功率耗损，并通过差分放大电路和自动平衡电路消除了电压信号中的直流电压分量。采用本发明的方法及系统能够快速有效提取脉冲电流信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的系统电路示意图；

图2为本发明实施例二的另一种系统电路连接示意图；

图3为本发明实施例三的通信脉冲电流信号提取与处理的方法步骤流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的目的是提供一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法，在使用脉冲电流调试方式通信时，能够快速有效提取脉冲电流信号

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一的系统电路示意图，如图1所示，一种通信脉冲电流信号提取与处理的系统，包括：电流电压转换电路101、第一差分放大电路102、电压调整电路103、自动平衡电路104、第二差分放大电路105、电压比较电路106以及电压脉冲信号输出电路107；

所述电流电压转换电路101的第一输出端与所述第一差分放大电路102的正相输入端相连；所述电流电压转换电路101的第二输出端与所述第一差分放大电路102的反相输入端相连；

所述第一差分放大电路102的输出端与所述电压调整电路103的一端相连；所述电压调整电路103的另一端分别与所述自动平衡电路104的一端和所述第二差分放大电路105的正相输入端相连；

所述第二差分放大电路105的输出端与所述电压比较电路106相连；

所述电流电压转换电路101，用于提取所述第一电流信号和所述第二电流信号；

所述第一差分放大电路102，用于放大微小的电压信号，将所述第一差分放大电路的正相输入端和反相输入端形成共模信号；

所述自动平衡电路104，用于消除所述直流电压分量和高压干扰信号；所述高压干扰信号为因主机发送数据时带来的高电压干扰信号。

采用本发明实施例的系统采用的是小阻值电阻，解决了传统方法中使用较大阻值的电阻提取脉冲电流信号而造成发热问题、功率浪费的问题。

图2为本发明实施例二的另一种系统电路连接示意图，如图2所示，一种通信脉冲电流信号提取与处理的系统，包括：电流电压转换电路201、第一差分放大电路202、电压调整电路203、自动平衡电路204、第二差分放大电路205、电压比较电路以及电压脉冲信号输出电路；

所述电流电压转换电路201的第一输出端与所述第一差分放大电路202的正相输入端相连；所述电流电压转换电路201的第二输出端与所述第一差分放大电路202的反相输入端相连；使用小阻值的功率电阻提取电流信号，减小因为电阻而带来的功率损耗。

所述第一差分放大电路202的输出端与所述电压调整电路的一端相连；所述电压调整电路203的另一端分别与所述自动平衡电路204的一端和所述第二差分放大电路205的正相输入端相连；把电流电压转换电阻两端的信号经过电阻网路后，分别接入到差分放大电路正相、反相输入端，信号放大10～20倍；因为差分放大电路对共模信号抑制能力强，如果通信线存在干扰电压，会在差分放大电路输入端形成共模信号，被差分放大电路抑制，从而增强电路的抗干扰能力。

所述第二差分放大电路205的输出端与所述电压比较电路相连；

所述电流电压转换电路201，用于提取所述第一电流信号和所述第二电流信号；

所述第一差分放大电路202，用于放大微小的电压信号，将所述第一差分放大电路的正相输入端和反相输入端形成共模信号；被差分放大电路抑制，从而增强电路的抗干扰能力。

所述自动平衡电路204，用于消除所述直流电压分量。当通信总线上接入的节点后，总线需要向各节点提供静态电流，会在电流电压转换电阻上形成电压差，经过放大电路放大后，产生较大的直流电压分量；而有效脉冲信号分量确比较小。引入自动平衡电路，去除前级放大后信号中的直流分量，再次对有效的脉冲信号放大。所述自动平衡电路204可有以下几种方法实现：

1)电容滤波法：使用二极管、电阻、电容，滤除信号交流分量，形成较为稳定的直流信号，把该直流信号和前级放大后信号共同作用在运算放大器的两个输入端，构成差分电路，从而放大有效的脉冲信号。

2)处理器自动跟踪法：使用单片机实时采集前级信号中的直流分量，再使用DA转换并放大，使用方法1)中的方式，差分放大，除去直流分量和高压干扰信号，放大有效的脉冲信号。

3)电子开关控制与运放跟踪法：使用单片机、模拟开关、电容和运放电路。单片机控制模拟开关，只截取总线稳定后，前级放大电路产生的直流电平，使用运放做电压跟随器驱动该电压信号，使用方法1)中的方式，差分放大，除去直流分量，放大有效的脉冲信号。

4)电容隔直法：使用电容处理前级放大后的信号，使用电容、半导体分立器件、电阻等分立器件，去除直流分量和高压干扰信号，放大有效的脉冲信号。

可选的，所述电流电压转换电路201，具体包括：总线、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8；

总线输入端分别与电阻R1和电阻R2相连，所述电阻R1的另一端分别与总线输出端和电阻R6的一端相连；

所述R2的另一端分别与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；

所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端和所述第一差分放大电路202中放大器的正相输入端相连，所述电阻R5的另一端接地；

所述电阻R6的另一端分别与电阻R8的一端和电阻R7的一端相连；

所述电阻R8接地，所述电阻R7的另一端分别与所述第一差分放大电路202中第一放大器的反相输入端和所述第一差分放大电路202中电阻R9的一端相连。

可选的，所述第一差分放大电路202，具体包括：第一放大器、电阻R9；

所述第一放大器的输出端分别与所述电阻R9的另一端和所述电压调整电路203中的电阻R10的一端相连。

可选的，所述电压调整电路203，其特征在于，包括：电阻R10、电阻R12、电容C1和电容C2；

所述电阻R10的另一端与所述电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端分别与所述电阻R12的一端和所述电容C2的一端相连；所述电容C2的一端与所述第二差分放大电路205中的电阻R11的一端相连；

所述电容C1与所述电阻R12的节点与所述自动平衡电路204中的金属氧化物半导体的漏极相连；

所述电阻R12的另一端接地，所述电容C2的另一端接地。

可选的，所述自动平衡电路204，具体包括：金属氧化物半导体、二极管D1、二极管D2、电阻R13、电阻R14和电容C3；

金属氧化物半导体的漏极分别与电阻R12的一端和所述电容C1的一端相连；所述金属氧化物半导体的栅极与电阻R14的一端与电容C3的一端相连；所述金属氧化物半导体的源极与所述电阻R14的另一端相连；

所述电容C3的一端与二极管D1的输入端相连并接地；所述电容C3的另一端分别与所述电阻R14的另一端和所述二极管D1的负极相连；

所述二极管D1的正极与电阻R13相连；所述电阻R13与二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极与所述电容C3的另一端相连。

可选的，所述第二差分放大电路205，具体包括：第二放大器、电阻R11、电阻R15、电阻R16；

所述第二差分放大电路205中所述第二放大器的正相输入端与电阻R11的另一端相连；

所述第二差分放大电路205中所述第二放大器的反相输入端分别与电阻R16的一端和电阻R15的一端相连；

所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述第二差分放大电路205中放大器的输出端相连。

采用本发明实施例的系统能够增强电路的抗干扰能力，在总线远距离通信时，增强信号线的抗共模能力，提高远距离通信的可靠性；加快提取通信信号响应时间，只要总线上电，可以很快提取总线上的脉冲电流信号，不使用大电容，不需要等待电容充电稳定时间。

图3为本发明实施例三的通信脉冲电流信号提取与处理的方法步骤流程图，如图3所示，一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法，包括：

步骤301：提取低于预设阻值的第一功率电阻一端的电流信号为第一电流信号；

步骤302：提取低于预设阻值的第二功率电阻一端的电流信号为第二电流信号；

步骤303：将所述第一电流信号转换为第一电压信号；

步骤304：将所述第二电流信号转换为第二电压信号；所述第一电压信号不等于第二电压信号；

步骤305：将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号；所述第三电压信号大于所述第一电压信号，所述第三电压信号大于所述第二电压信号；

步骤306：采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号；

步骤307：将消除所述直流电压分量和所述高压干扰信号后的电压信号经过第二差分放大电路放大为第四电压信号；

步骤308：将所述第四电压信号经过比较器电路转换成脉冲电压信号。

采用本发明实施例的系统采用的是小阻值电阻，解决了传统方法中使用较大阻值的电阻提取脉冲电流信号而造成发热问题、功率浪费的问题，并能够增强电路的抗干扰能力，在总线远距离通信时，增强信号线的抗共模能力，提高远距离通信的可靠性；加快提取通信信号响应时间，只要总线上电，可以很快提取总线上的脉冲电流信号，不使用大电容，不需要等待电容充电稳定时间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，包括：电流电压转换电路、第一差分放大电路、电压调整电路、自动平衡电路、第二差分放大电路、电压比较电路以及电压脉冲信号输出电路；

所述电流电压转换电路的第一输出端与所述第一差分放大电路的正相输入端相连；所述电流电压转换电路的第二输出端与所述第一差分放大电路的反相输入端相连；

所述第一差分放大电路的输出端与所述电压调整电路的一端相连；所述电压调整电路的另一端分别与所述自动平衡电路的一端和所述第二差分放大电路的正相输入端相连；

所述第二差分放大电路的输出端与所述电压比较电路相连；

所述电流电压转换电路，用于提取所述第一电流信号和所述第二电流信号；

所述第一差分放大电路，用于放大微小的电压信号，将所述第一差分放大电路的正相输入端和反相输入端形成共模信号；

所述自动平衡电路，用于消除所述直流电压分量和高压干扰信号。

2.如权利要求1所述的通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，所述电流电压转换电路，具体包括：总线、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8；

所述总线的输入端分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R1的另一端分别与所述总线的输出端和所述电阻R6的一端相连；

所述电阻R2的另一端分别与所述电阻R3的一端和所述电阻R4的一端相连；

所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R4的另一端分别与所述电阻R5的一端和所述第一差分放大电路中放大器的正相输入端相连，所述电阻R5的另一端接地；

所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R8的一端和所述电阻R7的一端相连；

所述电阻R8接地，所述电阻R7的另一端分别与所述第一差分放大电路中放大器的反相输入端和所述第一差分放大电路中电阻R9的一端相连。

3.如权利要求2所述的通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，所述第一差分放大电路，具体包括：第一放大器、电阻R9；

所述第一放大器的输出端分别与所述电阻R9的另一端和所述电压调整电路中的电阻R10的一端相连。

4.如权利要求3所述的通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，所述电压调整电路，其特征在于，包括：电阻R10、电阻R12、电容C1和电容C2；

所述电阻R10的另一端与所述电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端分别与所述电阻R12的一端和所述电容C2的一端相连；所述电容C2的一端与所述第二差分放大电路中的电阻R11的一端相连；

所述电容C1与所述电阻R12的节点与所述自动平衡电路中的金属氧化物半导体的漏极相连；

所述电阻R12的另一端接地，所述电容C2的另一端接地。

5.如权利要求4所述的通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，所述自动平衡电路，具体包括：金属氧化物半导体、二极管D1、二极管D2、电阻R13、电阻R14和电容C3；

所述金属氧化物半导体的漏极分别与所述电阻R12的一端和所述电容C1的一端相连；所述金属氧化物半导体的栅极与所述电阻R14的一端与所述电容C3的一端相连；所述金属氧化物半导体的源极与所述电阻R14的另一端相连；

所述电容C3的一端与所述二极管D1的输入端相连并接地；所述电容C3的另一端分别与所述电阻R14的另一端和所述二极管D1的负极相连；

所述二极管D1的正极与所述电阻R13相连；所述电阻R13与所述二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极与所述电容C3的另一端相连。

6.如权利要求4所述的通信脉冲电流信号提取与处理的系统，其特征在于，所述第二差分放大电路，具体包括：第二放大器、电阻R11、电阻R15、电阻R16；

所述第二放大器的正相输入端与所述电阻R11的另一端相连；

所述第二放大器的反相输入端分别与所述电阻R16的一端和所述电阻R15的一端相连；

所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述第二放大器的输出端相连。

7.一种通信脉冲电流信号提取与处理的方法，其特征在于，包括：

提取低于预设阻值的第一功率电阻一端的电流信号为第一电流信号；

提取低于预设阻值的第二功率电阻一端的电流信号为第二电流信号；

将所述第一电流信号转换为第一电压信号；

将所述第二电流信号转换为第二电压信号；所述第一电压信号不等于第二电压信号；

将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号；所述第三电压信号大于所述第一电压信号，所述第三电压信号大于所述第二电压信号；

采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号；

将消除所述直流电压分量和所述高压干扰信号后的电压信号经过第二差分放大电路放大为第四电压信号；

将所述第四电压信号经过比较器电路转换成脉冲电压信号。

8.如权利要求7所述的通信脉冲电流信号提取与处理的方法，其特征在于，所述将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号，具体包括：

将所述第一电压信号接入第一差分放大器电路的正相输入端；

将所述第二电压信号接入第一差分放大器电路的反相输入端；

将所述第一电压信号和所述第二电压信号经过第一差分放大电路放大为第三电压信号。

9.如权利要求7所述的通信脉冲电流信号提取与处理的方法，其特征在于，所述采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号，具体包括：

采用第一隔直电容处理所述第三电压信号；

采用分立器件消除所述第三电压信号中的所述直流电压分量和所述高压干扰信号。

10.如权利要求7所述的通信脉冲电流信号提取与处理的方法，其特征在于，所述采用自动平衡电路消除所述第三电压信号中的直流电压分量和高压干扰信号之前，还包括：

采用单片机给第二隔直电容发送一个控制信号；

判断截取总线电流电压是否稳定；

若是，使用电压跟随器驱动第三电压信号。