CN109981138B - 基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信设备技术领域，公开了基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法，包括：将一TTL电平信号串联一颗电阻后输入变压器的初级线圈；输入的TTL电平输入信号发生跳变的时候变压器次级线圈将产生突变电压；将变压器次级线圈标点端相对非标点端的突变电压和正向缓冲器的输出端的当前电压值叠加，并与正向缓冲器的输入阀值进行比较，根据比较结果，正向缓冲器相应将次级线圈的跳变过程变为另一TTL电平输出信号。以及公开了应用所述隔离传输方法的电路，本发明能够降低TTL电平信号的隔离传输的成本，并实现隔离功能。
Description
技术领域
本发明属于通信设备技术领域，尤其涉及基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法及电路。
背景技术
在通信设备或者通信系统里经常都会用到TTL电平的信号进行通信或者监控系统运行状态。但是有时两台设备间不共地，甚至同一台设备里不同模块间也不能共地，这样一来两个设备间或者两个模块间就会有不确定的电势差，如果将他们直接相连就可能会干扰他们的正常运行，造成通信故障，甚至烧坏机器。为解决这一问题，通常会将需要传输的TTL电平信号进行电气隔离后再传输，这样一来就解决了共模干扰的问题，也能正常通信。为解决TTL电平信号的隔离传输问题，现有技术常采用光电耦合器来形成隔离，这种做法虽然可行，但是光电耦合器价格较高，尤其是有很多路信号需要隔离传输时，如果都使用光电耦合器进行隔离，成本将会很高。以太网通常使用网络变压器来实现网络数据的隔离传输，成本会使用光耦芯片低很多。但是变压器只能耦合交流信号，故不能直接用变压器来进行TTL电平信号的隔离传输。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法及电路，能够降低TTL电平信号的隔离传输的成本，并实现隔离功能。
本发明实施例是这样实现的：
基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法，包括：
将一TTL电平信号串联一颗电阻后输入变压器的初级线圈；
输入的TTL电平信号发生跳变的时候变压器次级线圈将产生突变电压；
将变压器次级线圈标点端相对非标点端的突变电压和正向缓冲器的输出端的当前电压值叠加，并与正向缓冲器的输入阀值进行比较，根据比较结果，正向缓冲器相应将次级线圈的跳变过程变为另一TTL电平输出信号；
其中，变压器次级线圈标点端通过另一电阻与正向缓冲器的输入端连接，正向缓冲器的输出端与变压器次级线圈非标点端连接；
其中，当输入的TTL电平信号由0变为1时，所述叠加后电压大于或等于Voh，正向缓冲器输出端的电压将跳变为高电平Voh，当输入的TTL电平信号由1变为0时，所述叠加后电压小于或等于0，正向缓冲器输出端的电压将跳变为低电平Vol；
其中，正向缓冲器的输出端的高电平电压为Voh，正向缓冲器的输出端的低电平电压为Vol，变压器次级线圈标点端相对非标点端的负向突变电压为-VS，变压器次级线圈标点端相对非标点端的正向突变电压为VS，VS大于Voh。
应用所述隔离传输方法的电路，包括：变压器、正向缓冲器、第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端接TTL电平信号输入端，另一端连接变压器初级线圈的标点端，变压器初级线圈的非标点端接第一信号地，变压器次级线圈的非标点端接正向缓冲器的输出端，变压器次级线圈的标点端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接正向缓冲器的输入端，正向缓冲器的输出端作为隔离后的TTL电平信号输出端。
本发明实施例与使用光耦器件或者磁耦器件相比，使用基于变压器和正向缓冲器的TTL电平信号的隔离传输电路成本将会低很多，不到前者的一半，尤其是在多路TTL电平信号需要隔离传输的系统中成本优势更加明显。
附图说明
图1是本发明隔离传输电路原理图；
图2是图1中各个位置的信号波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法，其特征在于，包括：
将一TTL电平信号串联一颗电阻后输入变压器的初级线圈；
输入的TTL电平的信号发生跳变的时候变压器次级线圈将产生突变电压；
将变压器次级线圈标点端相对非标点端的突变电压和正向缓冲器的输出端的当前电压值叠加，并与正向缓冲器的输入阀值进行比较，根据比较结果，正向缓冲器相应将次级线圈的跳变过程变为另一TTL电平输出信号；
其中，正向缓冲器的输出端的高电平电压为Voh，正向缓冲器的输出端的低电平电压为Vol，变压器次级线圈标点端相对非标点端的负向突变电压为-VS，变压器次级线圈标点端相对非标点端的正向突变电压为VS，VS大于Voh。
应用所述隔离传输方法的电路，包括：变压器T1、正向缓冲器U1、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻的一端接TTL电平信号输入端，另一端连接变压器初级线圈的标点端，变压器初级线圈的非标点端接第一信号地，变压器次级线圈的非标点端接正向缓冲器的输出端，变压器次级线圈的标点端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接正向缓冲器的输入端，正向缓冲器的输出端作为隔离后的TTL电平信号输出端。
本发明的具体方案及原理如下：
一种基于变压器和正向缓冲器的TTL电平信号的隔离传输具体实施电路如图1所示，但本发明方案实现的具体电路不仅限于此，电路还可以有其他具体的连接方式，只要运用了本发明所提出的方案均在本发明专利的保护之内。整个电路主要由电阻R1、变压器T1、电阻R2以及正向缓冲器U1构成。具体连接方式如下：
①电阻R1的1脚为TTL电平信号隔离传输电路输入端；
②电阻R1的2脚接变压器T1初级线圈的标点端；
③变压器T1初级线圈的非标点端接GND_1(第1信号地，与GND_2隔离)；
④变压器T1次级线圈的标点端接电阻R2的1脚；
⑤电阻R2的1脚接正向缓冲器U1的输入端；
⑥正向缓冲器U1的输出端作为反馈信号接到变压器T1次级线圈的非标点端，正向缓冲器U1的输出端的高电平、低电平电压分别记为Voh和Vol；
当信号输入端的TTL电平的信号由0变为1时，有电流经过电阻R1流向变压器T1初级线圈再流到GND_1。因为变压器T1初级线圈的电流不能突变，所以在输入端的TTL电平的信号由0变为1的瞬间变压器T1初级线圈标点端电压将突变为VP，然后随着变压器T1初级线圈电流逐渐增大而减小，直到0V。变压器T1次级线圈标点端相对非标点端的电压也将突变为VS并逐渐减小到0V。
当信号输入端的TTL电平的信号由1变为0时，从电阻R1流向变压器T1初级线圈再流到GND_1的电流逐渐减小。因为变压器T1初级线圈的电流不能突变，所以在输入端的TTL电平的信号由1变为0的瞬间变压器T1初级线圈标点端电压将突变为-VP，然后随着变压器T1初级线圈电流逐渐减小而增大，直到0V。变压器T1次级线圈标点端相对非标点端的电压也将突变为-VS并逐渐增大到0V
而当输入的TTL电平信号持续为1或者0时，变压器T1次级线圈标点端电压不会发生突变。
调整R1和变压器T1匝数比，使Vs大于正向缓冲器U1输出为高的电平Voh。
当信号输入端的TTL电平信号保持为0或者1时，变压器T1次级线圈两端没有脉冲信号，次级线圈标点端的电压等于正向缓冲器U1输出端的电压。若正向缓冲器U1输出端的电压为高电平Voh，由于正向缓冲器U1输入端驱动电流很小，几乎为0，电阻R2上的压降也很小，可以忽略不计，正向缓冲器U1输入端的电压等于Voh，此时正向缓冲器U1输出端的电压将保持为高电平Voh。反之，若正向缓冲器U1输出端的电压为低电平Vol，由于正向缓冲器U1输入端驱动电流很小，几乎为0，电阻R2上的压降也很小，可以忽略不计，正向缓冲器U1输入端的电压也为低电平Vol，此时正向缓冲器U1输出端的电压将保持为低电平Vol。
当信号输入端的TTL电平信号由0变为1时，变压器T1次级线圈标点端相对非标点端会产生一个电压为Vs的向上的脉冲信号。若此时前正向缓冲器U1输出端的电压为高电平Voh，由于正向缓冲器U1输入端驱动电流很小，几乎为0，电阻R2上的压降也很小，可以忽略不计，正向缓冲器U1输入端的电压等于Voh+Vs≥2*Voh，还是高电平，此时正向缓冲器U1输出端的电压将保持为高电平Voh。若此时前正向缓冲器U1输出端的电压为低电平，即Vol，由于正向缓冲器U1输入端驱动电流很小，几乎为0，电阻R2上的压降也很小，可以忽略不计，正向缓冲器U1输入端的电压等于Vol+Vs≥Voh，还是高电平，此时正向缓冲器U1输出端的电压将跳变为高电平Voh。即信号输入端的TTL电平信号由0变为1时整个电路的输出状态也将变为高电平。
相反的，当信号输入端的TTL电平信号由1变为0时，变压器T1次级线圈标点端相对非标点端会产生一个电压为-Vs的向下的脉冲信号。若此时前正向缓冲器U1输出端的电压为高电平Voh，忽略电阻R2上的压降不计，正向缓冲器U1输入端的电压等于Voh-Vs≤0，是低电平，此时正向缓冲器U1输出端的电压将跳变为低电平Vol。若此时前正向缓冲器U1输出端的电压为低电平Vol，忽略电阻R2上的压降不计，正向缓冲器U1输入端的电压等于Vol-Vs＜0，还是低电平，此时正向缓冲器U1输出端的电压将保持为底电平Vol。即信号输入端的TTL电平信号由1变为0时整个电路的输出状态也将变为低电平。
综上所述，电路实现了TTL电平信号的隔离传输。电路中各个位置的信号波形如图2所示。
本发明需要使用一个具有初级线圈和次级线圈两个线圈的变压器和一颗正向缓冲器；将一颗电阻一端和变压器的初级线圈一端接到一起，变压器的初级线圈的另一端接地或者接某一参考电压，TTL电平的信号从所述电阻的另一端输入。当TTL电平的信号发生跳变的时候因为变压器初级线圈的电流不会发生突变，电阻两端的电压也就不会发生突变，所以变压器初级线圈两端的电压会随着TTL电平的信号的跳变而跳变，变压器次级线圈两端会有相应的信号输出；变压器次级线圈的一端串联一个电阻后接正向缓冲器的输入端，另一端接到正向缓冲器的输出端形成正反馈；用正向缓冲器和正反馈电路将变压器的次级线圈输出的信号转变为TTL电平信号。
本发明实施例与使用光耦器件或者磁耦器件相比，使用基于变压器和正向缓冲器的TTL电平信号的隔离传输电路成本将会低很多，不到前者的一半，尤其是在多路TTL电平信号需要隔离传输的系统中成本优势更加明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.基于变压器和正向缓冲器的信号隔离传输方法，其特征在于，包括：
将一TTL电平信号串联一颗电阻后输入变压器的初级线圈；
输入的TTL电平信号发生跳变的时候变压器次级线圈将产生突变电压；
将变压器次级线圈标点端相对非标点端的突变电压和正向缓冲器的输出端的当前电压值叠加，并与正向缓冲器的输入阀值进行比较，根据比较结果，正向缓冲器相应将次级线圈的跳变过程变为另一TTL电平输出信号；
其中，变压器次级线圈标点端通过另一电阻与正向缓冲器的输入端连接，正向缓冲器的输出端与变压器次级线圈非标点端连接；
其中，当输入的TTL电平信号由0变为1时，所述叠加后电压大于或等于Voh，正向缓冲器输出端的电压将跳变为高电平Voh，当输入的TTL电平信号由1变为0时，所述叠加后电压小于或等于0，正向缓冲器输出端的电压将跳变为低电平Vol；
其中，正向缓冲器的输出端的高电平电压为Voh，正向缓冲器的输出端的低电平电压为Vol，变压器次级线圈标点端相对非标点端的负向突变电压为-VS，变压器次级线圈标点端相对非标点端的正向突变电压为VS，VS大于Voh。
2.应用权利要求1所述隔离传输方法的电路，其特征在于，包括：变压器、正向缓冲器、第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端接TTL电平信号输入端，另一端连接变压器初级线圈的标点端，变压器初级线圈的非标点端接第一信号地，变压器次级线圈的非标点端接正向缓冲器的输出端，变压器次级线圈的标点端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接正向缓冲器的输入端，正向缓冲器的输出端作为隔离后的TTL电平信号输出端。
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