CN109067182A - 信号传输电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种信号传输电路，包括：第一逻辑控制电路通过第一变压器与第二逻辑控制电路连接，第二逻辑控制电路通过第二变压器与输出滤波电路连接；第一逻辑控制电路用于接收第一交流信号及输入的第一直流信号，并基于第一交流信号将第一直流信号转换为第二交流信号；第二逻辑控制电路用于接收第二直流信号及经过第一变压器耦合后的第二交流信号，并基于第二交流信号将第二直流信号转换为第三交流信号；输出滤波电路用于接收经过第二变压器耦合后的第三交流信号，并将第三交流信号转换为输出的第三直流信号。本发明实施例通过采用变压器隔离的方式进行信号传输，显著增强了传输过程中的抗干扰能力，提高了传输过程中的可靠性和安全性。

Description

信号传输电路
技术领域
本发明实施例涉及信号传输领域，更具体地，涉及一种信号传输电路。
背景技术
在轨道交通领域，存在将与安全相关的信号进行安全可靠传输的需求。相关技术中，通常采用继电器对信号进行传输。其中，继电器是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。继电器的输入回路和输出回路之间，还存在对输入量进行耦合隔断、功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构。由于继电器的耦合方式抗干扰能力差，因此，当继电器遇到外界干扰时容易产生误动作，导致信号传输失败。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的信号传输电路。
本发明实施例提供一种信号传输电路，该电路包括：第一逻辑控制电路、第二逻辑控制电路、输出滤波电路、第一变压器及第二变压器，第一逻辑控制电路通过第一变压器与第二逻辑控制电路连接，第二逻辑控制电路通过第二变压器与输出滤波电路连接；第一逻辑控制电路用于接收第一交流信号及输入的第一直流信号，并基于第一交流信号将第一直流信号转换为第二交流信号；第二逻辑控制电路用于接收第二直流信号及经过第一变压器耦合后的第二交流信号，并基于第二交流信号将第二直流信号转换为第三交流信号；输出滤波电路用于接收经过第二变压器耦合后的第三交流信号，并将第三交流信号转换为输出的第三直流信号。
本发明实施例提供的信号传输电路，通过利用第一变压器连接第一逻辑控制电路与第二逻辑控制电路，第二变压器连接第二逻辑控制电路与输出滤波电路，从而基于输入的第一直流信号，输出对应的第三直流信号，实现信号传输。由于采用变压器隔离的方式进行信号传输，与现有技术中的采用继电器传输的方式相比，显著增强了传输过程中的抗干扰能力，提高了传输过程中的可靠性和安全性，能够应用于铁路、航空等对信号传输的可靠性和安全性要求极高的场景。另外，相比于继电器较大的体积和重量，信号传输电路能够减小信号传输设备的体积和重量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的信号传输电路的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例提供的信号传输电路的结构示意图，如图1所示，该电路包括：第一逻辑控制电路、第二逻辑控制电路、输出滤波电路、第一变压器及第二变压器，第一逻辑控制电路通过第一变压器与第二逻辑控制电路连接，第二逻辑控制电路通过第二变压器与输出滤波电路连接；第一逻辑控制电路用于接收第一交流信号及输入的第一直流信号，并基于第一交流信号将第一直流信号转换为第二交流信号；第二逻辑控制电路用于接收第二直流信号及经过第一变压器耦合后的第二交流信号，并基于第二交流信号将第二直流信号转换为第三交流信号；输出滤波电路用于接收经过第二变压器耦合后的第三交流信号，并将第三交流信号转换为输出的第三直流信号。
其中，参见图1，信号传输电路可以看作由多个BLOCK(块)组成，其中，第一逻辑控制电路为BLOCK3、第二逻辑控制电路为BLOCK4、输出滤波电路为BLOCK5。另外，第一变压器为TR1、第二变压器为TR2。
具体地，第一直流信号即为需要进行传输的电平信号。第一逻辑控制电路BLOCK3分别接收第一直流信号及第一交流信号，并基于第一交流信号对第一直流信号进行转换或变换，可以得到一个与第一直流信号相应的第二交流信号，本发明实施例对上述转换的方式不作限定。由于第一逻辑控制电路BLOCK3与第二逻辑控制电路BLOCK4是通过第一变压器TR1连接的，即通过第一变压器TR1对第二交流信号进行耦合传输，可以将耦合后的第二交流信号传输至第二逻辑控制电路BLOCK4。第二逻辑控制电路BLOCK4还接收第二直流信号，并可基于第二交流信号将第二直流信号转换为第三交流信号，本发明实施例对上述转换的方式不作限定。由于第二逻辑控制电路BLOCK4是通过第二变压器TR2与滤波输出电路连接的，即通过第二变压器TR2对第三交流信号进行耦合传输，可以将耦合后的第三交流信号传输至滤波输出电路。滤波输出电路将将耦合后的第三交流信号转换成第三直流信号，并将第三直流信号作为输出结果。因此，基于上述流程，信号传输电路可以基于输入的第一直流信号，输出对应的第三直流信号，从而实现信号的传输。
因此，基于上述描述可知，本发明实施例提供的信号传输电路采用变压器耦合的电路结构，并利用第一逻辑控制电路BLOCK3、第二逻辑控制电路BLOCK4及输出滤波电路BLOCK5实现“直流(第一直流信号)-交流(第二交流信号和第三交流信号)-直流(第三直流信号)”转换。
本发明实施例提供的信号传输电路，通过利用第一变压器连接第一逻辑控制电路与第二逻辑控制电路，第二变压器连接第二逻辑控制电路与输出滤波电路，从而基于输入的第一直流信号，输出对应的第三直流信号，实现信号传输。由于采用变压器隔离的方式进行信号传输，与现有技术中的采用继电器传输的方式相比，显著增强了传输过程中的抗干扰能力，提高了传输过程中的可靠性和安全性，能够应用于铁路、航空等对信号传输的可靠性和安全性要求极高的场景。另外，相比于继电器较大的体积和重量，信号传输电路能够减小信号传输设备的体积和重量。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一交流信号为方波信号，相应地，信号传输电路还包括：晶振控制电路和第三变压器，晶振控制电路通过第三变压器与第一逻辑控制电路连接，晶振控制电路用于产生方波信号，方波信号经过第三变压器耦合后输入至第一逻辑控制电路BLOCK3。
其中，参见图1，晶振控制电路为BLOCK1、第三变压器为TR3。具体地，方波信号是是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，就称该信号是方波信号；方波信号是交流信号中的一种。该方波信号具体可以由晶振控制电路BLOCK1产生，由于晶振控制电路BLOCK1是通过第三变压器TR3与第一逻辑控制电路BLOCK3连接，因此，方波信号经过第三变压器TR3耦合后输入至第一逻辑控制电路BLOCK3。
本发明实施例提供的信号传输电路，一方面能够产生方波信号，另一方面，通过利用第三变压器将方波信号传输至第一逻辑控制电路，与继电器传输的方式相比，显著增强了传输过程中的抗干扰能力，提高了传输过程中的可靠性和安全性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，晶振控制电路包括：场效应晶体管、晶体振荡器、第一二极管、第一电阻及第一齐纳二极管；第一二极管的负极与第三变压器的原边的一端连接，第一二极管的正极分别与第一电阻的一端及第一齐纳二极管的正极连接；第一电阻的另一端及第一齐纳二极管的负极均与第三变压器的原边的另一端连接；晶体振荡器与场效应晶体管的栅极连接，晶体振荡器用于产生方波信号，场效应晶体管的漏极与第三变压器的原边的另一端连接。
其中，参见图1，场效应晶体管为T1、晶体振荡器为CLOCK、第一二极管为D1、第一电阻为R1、第一齐纳二极管为DZ1。具体地，晶体振荡器CLOCK能够产生固定频率的方波信号，由于晶体振荡器CLOCK的输出端与场效应晶体管T1的基极连接，因此，方波信号能够控制场效应晶体管T1的导通状态。另外，场效应晶体管T1的源极接地。第一二极管D1、第一电阻R1及第一齐纳二极管DZ1所组成的电路结构，以及组成的电路结构与第三变压器TR3的连接方式，用于在场效应晶体管T1关闭时，为第三变压器TR3的原边的磁场提供回路。可以理解的是，第三变压器TR3原边的必然与一个直流信号源连接，从而通过利用方波信号控制场效应晶体管T1的导通状态，将直流信号转换为方波信号。由于在第三变压器TR3的原边产生了方波信号，因此在第三变压器TR3的副边输出与晶体振荡器CLOCK同频率的耦合后的方波信号。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一逻辑控制电路包括：第一三极管、第二二极管、第二电阻和第二齐纳二极管；第二二极管的负极与第一变压器的原边的一端连接，第二二极管的正极分别与第二电阻的一端及第二齐纳二极管的正极连接；第二电阻的另一端及第二齐纳二极管的负极均与第一变压器的原边的另一端连接；第一三极管的基极与第三变压器的副边的一端连接，第一三极管的发射极与第三变压器的副边的另一端连接，第一三极管的集电极与第一变压器的原边的另一端连接。
其中，第一三极管为T2、第二二极管为D2、第二电阻为R2、第二齐纳二极管为DZ2。具体地，第三变压器TR3的副边的两端连接在第一三极管T2的基极和发射极之间，使得第三变压器TR3的副边输出的方波信号控制第一三极管T2的导通状态。第二二极管D2、第二电阻R2和第二齐纳二极管DZ2所组成的电路结构，以及组成的电路结构与第一变压器TR1的连接方式，与上述的作用类似，用于在第一三极管T2关闭时，为第一变压器TR1的原边的磁场提供回路。通过利用方波信号控制第一三极管T2的开关状态，能够将输入至第一逻辑控制电路BLOCK3的第一直流信号转换为第二交流信号，并通过第一变压器TR1原边与副边的耦合，在副边产生耦合后的第二交流信号。
作为一种可选实施例，第一逻辑控制电路还包括：第六电阻；第三变压器的副边的一端通过第六电阻与第一三极管的基极连接。其中，如图1所示，第六电阻为R6。第三变压器TR3副边的一端通过第六电阻R6输入到第一三极管T2的基极。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，输入滤波电路包括：输入正极、输入负极、第四电阻、第五电阻和第一电容；输入正极及输入负极用于接收第一直流信号，输入正极通过第四电阻与第一变压器的原边的一端连接，输入负极通过第五电阻与第一三极管的发射极连接，第一电容的两端分别与第一变压器的原边的一端及第一三极管的发射极连接。
其中，参见图1，输入滤波电路为BLOCK2、输入正极为INPUT-P、输入负极为INPUT-N、第四电阻为R4、第五电阻为R5、第一电容为C1。具体地，输入正极INPUT-P和输入负极INPUT-N能够接收输入的、待传输的第一直流信号。第一直流信号经过第四电阻R4、第五电阻R5后到达第一变压器TR1的原边，之后由第一逻辑控制电路BLOCK3将第一直流信号转换为第二交流信号。另外，输入滤波电路BLOCK2内还设置有第一电容C1，第一电容C1能够对第一直流信号进行滤波，去除毛刺。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第二逻辑控制电路包括：第二三极管、第三二极管、第三电阻和第三齐纳二极管；第三二极管的负极与第二变压器的原边的一端连接，第三二极管的正极分别与第三电阻的一端及第三齐纳二极管的正极连接；第三电阻的另一端及第三齐纳二极管的负极均与第二变压器的原边的另一端连接；第二三极管的基极与第一变压器的副边的一端连接，第二三极管的发射极与第一变压器的副边的另一端连接，第二三极管的集电极与第二变压器的原边的另一端连接。
其中，参见图1，第二三极管为T3、第三二极管为D3、第三电阻为R3、第三齐纳二极管为DZ3。具体地，第一变压器TR1的副边的两端连接在第二三极管T3的基极和发射极之间，第一变压器TR1的副边输出的耦合后的第二交流信号能够控制第二三极管T3的导通状态。第三二极管D3、第三电阻R3和第三齐纳二极管DZ3所组成的电路结构，以及该电路结构与第二变压器TR2的原边的连接方式的作用与上述电路结构类似，用于在第二三极管T3关闭时为第二变压器TR2的原边的磁场提供回路。可以理解的是，第二变压器TR2原边用于接收第二直流信号，从而通过第二交流信号控制第二三极管T3的导通状态，来将第二直流信号转换为第三交流信号。由于第二变压器TR2的原边产生第三交流信号，因此第二变压器TR2的副边产生耦合后的第三交流信号。
作为一种可选实施例，第二逻辑控制电路还包括：第七电阻；第一变压器的副边的一端通过第七电阻与第二三极管的基极连接。其中，参见图1，第七电阻为R7。第一变压器TR1的副边输出的耦合后的第二交流信号经过第七电阻R7流入第二三极管T3的基极。
由于现有技术中信号传输所采用的继电器的方式通常需要110V的电压，该电压较高。因此，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，信号传输电路还包括：直流信号源，直流信号源分别与第二变压器的原边的一端及第三变压器的原边的一端连接，直流信号源用于向第二逻辑控制电路提供第二直流信号。具体地，该直流信号源可以作为晶振控制电路BLOCK1中的直流信号源，从而通过利用方波信号控制场效应晶体管T1的导通状态，将该直流信号源产生的直流信号转换为方波信号。另外，该直流信号源还可用于向第二逻辑控制电路BLOCK4提供第二直流信号。应当说明的是，可以采用低压的直流信号源，例如图1中的24V直流信号源，相比于采用继电器进行信号传输的方案所需的电压较低，降低了信号传输电压的要求。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，输出滤波电路包括：输出正极、输出负极、第四二极管和第二电容；第二变压器的副边的一端与第四二极管的正极连接，第四二极管的负极与输出正极连接，第二变压器的副边的另一端与输出负极连接，第二电容的两端分别与第四二极管的负极及第二变压器的副边的另一端连接。
其中，参见图1，输出正极为OUTPUT-P、输出负极为OUTPUT-N、第四二极管为D4、第二电容为C2。耦合后的第三交流信号经过第四二极管D4和第二电容C2的滤波作用后，输出正极OUTPUT-P和输出负极OUTPUT-N的端口输出的信号由耦合后的第三交流信号转换为第三直流信号。从而基于输入的第一直流信号，输出得到的第三直流信号，完成了信号的传输。
基于上述本发明实施例提供的信号传输电路，应当说明的是，如果需要对多路输入信号进行逻辑“与”操作，可以将上一路输出信号经过变压器耦合处理后的信号接入到第一逻辑控制电路BLOCK3的第一三极管T2的基极和发射极之间。因此，利用上一路变压器的副边的输出信号控制本路变压器线圈导通状态，能够实现对多个输入信号(包括第一直流信号、第一交流信号、第二直流信号、第二交流信号)的逻辑“与”操作。另外，输出的第三直流信号的电平主要取决于变压器的供电电压，因此，本发明实施例提供的信号传输电路可接受大范围波动的输入信号电平。
另外，作为一种可选实施例，晶体振荡器CLOCK的频率值可介于100kHz～500kHz；第三变压器TR3和第一变压器TR1的变比可介于20:1～20：1.5；第二变压器TR2的变比可介于5：6～5：6.5；晶振控制电路BLOCK1、第一逻辑控制电路BLOCK3和第二逻辑控制电路BLOCK4中的第一二极管D1、第一电阻R1及第一齐纳二极管DZ1(或者，第二二极管D2、第二电阻R2和第二齐纳二极管DZ2，或者，第三二极管D3、第三电阻R3和第三齐纳二极管DZ3)的参数的选择，应确保可经受各个BLOCK对应的变压器原边电路关断时引起的反向电压的冲击。
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 (10)

1.一种信号传输电路，其特征在于，包括：第一逻辑控制电路、第二逻辑控制电路、输出滤波电路、第一变压器及第二变压器，所述第一逻辑控制电路通过所述第一变压器与所述第二逻辑控制电路连接，所述第二逻辑控制电路通过所述第二变压器与所述输出滤波电路连接；
所述第一逻辑控制电路用于接收第一交流信号及输入的第一直流信号，并基于所述第一交流信号将所述第一直流信号转换为第二交流信号；
所述第二逻辑控制电路用于接收第二直流信号及经过所述第一变压器耦合后的所述第二交流信号，并基于所述第二交流信号将所述第二直流信号转换为第三交流信号；
所述输出滤波电路用于接收经过所述第二变压器耦合后的所述第三交流信号，并将所述第三交流信号转换为输出的第三直流信号。
2.根据权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于，所述第一交流信号为方波信号，相应地，所述信号传输电路还包括：晶振控制电路和第三变压器，所述晶振控制电路通过所述第三变压器与所述第一逻辑控制电路连接，所述晶振控制电路用于产生所述方波信号，所述方波信号经过所述第三变压器耦合后输入至所述第一逻辑控制电路。
3.根据权利要求2所述的信号传输电路，其特征在于，所述晶振控制电路包括：场效应晶体管、晶体振荡器、第一二极管、第一电阻及第一齐纳二极管；
所述第一二极管的负极与所述第三变压器的原边的一端连接，所述第一二极管的正极分别与所述第一电阻的一端及所述第一齐纳二极管的正极连接；所述第一电阻的另一端及所述第一齐纳二极管的负极均与所述第三变压器的原边的另一端连接；
所述晶体振荡器与所述场效应晶体管的栅极连接，所述晶体振荡器用于产生所述方波信号，所述场效应晶体管的漏极与所述第三变压器的原边的另一端连接。
4.根据权利要求2所述的信号传输电路，其特征在于，所述第一逻辑控制电路包括：第一三极管、第二二极管、第二电阻和第二齐纳二极管；
所述第二二极管的负极与所述第一变压器的原边的一端连接，所述第二二极管的正极分别与所述第二电阻的一端及所述第二齐纳二极管的正极连接；所述第二电阻的另一端及所述第二齐纳二极管的负极均与所述第一变压器的原边的另一端连接；
所述第一三极管的基极与所述第三变压器的副边的一端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三变压器的副边的另一端连接，所述第一三极管的集电极与所述第一变压器的原边的另一端连接。
5.根据权利要求4所述的信号传输电路，其特征在于，所述输入滤波电路包括：输入正极、输入负极、第四电阻、第五电阻和第一电容；
所述输入正极及所述输入负极用于接收所述第一直流信号，所述输入正极通过所述第四电阻与所述第一变压器的原边的一端连接，所述输入负极通过所述第五电阻与所述第一三极管的发射极连接，所述第一电容的两端分别与所述第一变压器的原边的一端及所述第一三极管的发射极连接。
6.根据权利要求3所述的信号传输电路，其特征在于，所述第二逻辑控制电路包括：第二三极管、第三二极管、第三电阻和第三齐纳二极管；
所述第三二极管的负极与所述第二变压器的原边的一端连接，所述第三二极管的正极分别与所述第三电阻的一端及所述第三齐纳二极管的正极连接；所述第三电阻的另一端及所述第三齐纳二极管的负极均与所述第二变压器的原边的另一端连接；
所述第二三极管的基极与所述第一变压器的副边的一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第一变压器的副边的另一端连接，所述第二三极管的集电极与所述第二变压器的原边的另一端连接。
7.根据权利要求6所述的信号传输电路，其特征在于，还包括：直流信号源，所述直流信号源分别与所述第二变压器的原边的一端及所述第三变压器的原边的一端连接，所述直流信号源用于向所述第二逻辑控制电路提供所述第二直流信号。
8.根据权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于，所述输出滤波电路包括：输出正极、输出负极、第四二极管和第二电容；
所述第二变压器的副边的一端与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极与所述输出正极连接，所述第二变压器的副边的另一端与所述输出负极连接，所述第二电容的两端分别与所述第四二极管的负极及所述第二变压器的副边的另一端连接。
9.根据权利要求4所述的信号传输电路，其特征在于，所述第一逻辑控制电路还包括：第六电阻；所述第三变压器的副边的一端通过所述第六电阻与所述第一三极管的基极连接。
10.根据权利要求6所述的信号传输电路，其特征在于，所述第二逻辑控制电路还包括：第七电阻；所述第一变压器的副边的一端通过所述第七电阻与所述第二三极管的基极连接。
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