CN112583401B

CN112583401B - 一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路

Info

Publication number: CN112583401B
Application number: CN202110207173.0A
Authority: CN
Inventors: 龙火军; 韩锦涛
Original assignee: Rongpai Semiconductor Shanghai Co ltd
Current assignee: Rongpai Semiconductor Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2041-02-25
Also published as: CN112583401A

Abstract

本发明涉及数字隔离器领域，本发明提供了一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，包括：隔离子电路，与第一控制器、第二控制器连接，用于使所述第一控制器和所述第二控制器进行单线双向数据传输；其中，所述隔离子电路包括双向数字隔离器、第一电阻和第二电阻；所述第一电阻位于所述双向数字隔离器的第一通道，所述第二电阻位于所述双向数字隔离的第二通道，以使所述第一通道和所述第二通道同时导通传输数据。本发明中通过双向数字隔离器以及电阻的阻抗隔离，使得第一控制器和第二控制器实现隔离单线双向传输，且电路结构简单，成本低。

Description

一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路

技术领域

本发明涉及数字隔离器领域，尤指一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路。

背景技术

一些厂家在微型断路器中采用UART通信模式。为了降成本和小型化，它们采用单根数据线进行UART的TX/RX设计。UART的TX/RX输出端口采用推挽结构。为了实现隔离和单线双向数据传输，多采用光耦或专用芯片来实现，如双向I2C隔离器加外围电路等。这些解决方案或电路复杂，体积大或成本高。

现有技术中比较典型的是双向I2C隔离器，虽然可以实现隔离单线双向数据传输且电路简单，但传输速率范围较高，成本高。其次，是采用光耦搭建的隔离单线双向数据传输电路，但是面积大，电路复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，解决隔离和单线双向数据传输时电路复杂、成本高的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，包括：

隔离子电路，与第一控制器、第二控制器连接，用于使所述第一控制器和所述第二控制器进行单线双向数据传输；

其中，所述隔离子电路包括双向数字隔离器、第一电阻和第二电阻；所述第一电阻位于所述双向数字隔离器的第一通道，所述第二电阻位于所述双向数字隔离的第二通道，以使所述第一通道和所述第二通道同时导通传输数据。

进一步优选地，

所述双向数字隔离器的第一输出端与所述第一电阻的第一端连接，所述双向数字隔离器的第一输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述双向数字隔离器的第一输入端还与所述第一控制器的传输端连接，用于当所述第一控制器传输数据至所述第二控制器时，通过所述第一电阻进行阻抗隔离，以使所述第一控制器传输数据至所述第二控制器；

所述双向数字隔离器的第二输出端与所述第二电阻的第一端连接，所述双向数字隔离器的第二输入端与所述第二电阻的第二端连接，所述双向数字隔离器的第二输入端还与所述第二控制器的传输端连接，用于当所述第二控制器传输数据至所述第一控制器时，通过所述第二电阻进行阻抗隔离，以使所述第二控制器传输数据至所述第一控制器。

进一步优选地所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，还包括：

电源子电路，与所述隔离子电路连接，用于为所述隔离子电路提供电源，以使所述隔离子电路正常运行。

滤波子电路，与所述隔离子电路连接，用于为所述隔离子电路滤除杂波。

进一步优选地，所述滤波子电路，包括：第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端与所述双向数字隔离器的第一电源端连接，所述第一电容的第一端还与所述电源子电路的第一输出端连接，所述第一电容的第二端还与所述双向数字隔离器的第一接地端接地；

所述第二电容的第一端与所述双向数字隔离器的第二电源端连接，所述第二电容的第一端还与所述电源子电路的第二输出端连接，所述第二电容的第二端与所述双向数字隔离器的第二接地端接地。

进一步优选地，所述双向数字隔离器包括用于低速单线双向传输的数字隔离器和用于中高速单线双向传输的数字隔离器。

本发明提供的一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，具有以下有益效果：

1）本发明中通过双向数字隔离器以及电阻的阻抗隔离，使得第一控制器和第二控制器实现隔离单线双向传输，且电路结构简单，成本低。

2）在本实施例中，数字隔离器可以根据项目需求进行选择，以使基于数字隔离的隔离单线双向传输电路的适用性更高。

3）通过简单的滤波子电路就能电源子电路提供电源时，滤除隔离子电路的杂波。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明中一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路的一个实施例的示意图；

图2是本发明中一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路的另一个实施例的示意图；

图3是本发明中一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路的另一个实施例的示意图；

图4是本发明中信号波形图；

图5是本发明一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例一

本发明一个实施例，一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，如图1所示，包括：

隔离子电路10，与第一控制器U1、第二控制器U2连接，用于使所述第一控制器U1和所述第二控制器U2进行单线双向数据传输。

其中，所示隔离子电路10包括双向数字隔离器、第一电阻和第二电阻；所述第一电阻位于所述双向数字隔离器的第一通道，所述第二电阻位于所述双向数字隔离的第二通道，以使所述第一通道和所述第二通道同时导通传输数据。

示例性的，该双向数字隔离器的输出端口采用图腾柱结构输出,各通道只能单方向传输，但所有的通道传输方向不完全相同。型号如：π122U31。

具体的，第一控制器、第二控制器可以包括单片机MCU，隔离子电路可以包括利用数字隔离器搭建的用于隔离单线双向数据传输的电路。

在本实施例中，通过隔离子电路能够实现阻抗隔离和单线双向数据传输。

实施例二

基于上述实施例，在本实施例中与上述实施例相同的部分就不一一赘述了，如图2所示，本实施例优选地，所述隔离子电路包括：双向数字隔离器、第一电阻、第二电阻。

其中，所述双向数字隔离器包括双向双通道数字隔离器，以及实现双向数字隔离和通信的数字隔离器。除此之外还可以包括双向多通道数字隔离,但必须有两个传输方向相反通道，两个方向相反的通道构成一个双向单线传输通道，其余的通道可以作为单项传输。

示例性的，如图2所示，隔离子电路10包括双向数字隔离器U3，第一电阻R1，第二电阻R2。

所述双向数字隔离器的第一输出端与所述第一电阻的第一端连接，所述双向数字隔离器的第一输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述双向数字隔离器的第一输入端还与所述第一控制器的传输端连接，用于当所述第一控制器传输数据至所述第二控制器时，通过所述第一电阻进行阻抗隔离，以使所述第一控制器传输数据至所述第二控制器。

示例性的，如图2所示，所述双向数字隔离器U3的第一输出端VOA与所述第一电阻R1的第一端连接，所述双向数字隔离器U3的第一输入端VIB与所述第一电阻R1的第二端连接，所述双向数字隔离器U3的第一输入端VOA还与所述第一控制器U1的传输端连接，用于当所述第一控制器U1传输数据至所述第二控制器U2时，通过所述第一电阻R1进行阻抗隔离，以使所述第一控制器U1传输数据至所述第二控制器U2。

示例性的，如图2所示，所述双向数字隔离器U3的第二输出端VOB与所述第二电阻R2的第一端连接，所述双向数字隔离器U3的第二输入端VIA与所述第二电阻R2的第二端连接，所述双向数字隔离器U3的第二输入端VIA还与所述第二控制器U2的传输端TX/RX连接，用于当所述第二控制器U2传输数据至所述第一控制器U1时，通过所述第二电阻R2进行阻抗隔离，以使所述第二控制器U2传输数据至所述第一控制器U1。

在本实施例中，通过电阻的阻抗隔离，使得第一控制器和第二控制器实现隔离单线双向传输，且电路结构简单，成本低。

实施例三

基于上述实施例，在本实施例中与上述实施例相同的部分就不一一赘述了，如图3所示，本实施例优选地，所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，还包括：

所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，还包括：

优选地，所述滤波子电路，包括：第一电容和第二电容。

示例性的，如图3所示，所述滤波子电路包括第一电容C1和第二电容C2。

所述第一电容的第一端与所述双向数字隔离器的第一电源端连接，所述第一电容的第一端还与所述电源子电路的第一输出端连接，所述第一电容的第二端还与所述双向数字隔离器的第一接地端接地。

示例性的，如图3所示，所述第一电容C1的第一端与所述双向数字隔离器U3的第一电源端VDD1连接，所述第一电容C1的第一端还与所述电源子电路的第一输出端VDD1连接，所述第一电容C1的第二端还与所述双向数字隔离器U3的第一接地端GND1接地。

示例性的，如图3所示，所述第二电容C2的第一端与所述双向数字隔离器U3的第二电源端VDD2连接，所述第二电容C2的第一端还与所述电源子电路的第二输出端VDD2连接，所述第二电容C2的第二端与所述双向数字隔离器U3的第二接地端GND2接地。

在本实施例中，通过简单的滤波子电路就能电源子电路提供电源时，滤除隔离子电路的杂波。

优选地，所述双向数字隔离器包括用于低速单线双向传输的数字隔离器和用于中高速单线双向传输的数字隔离器。

示例性的，如图5所示，本发明采用数字隔离器来实现数据的单线双向隔离传输，主要应用于UART通信。数字隔离器的输出采用图腾柱结构。在数据的单线双向隔离传输过程中，数字隔离器的两个通道同时在工作。当数据从低电平变成高电平时，通道存在互锁问题，采用电阻进行隔离可以有效的解决互锁的问题。电平切换完成后，由于数字隔离器的两个通道同时工作，电阻两端的电压几乎相等，其功耗几乎为零。

在本实施例中，数字隔离器可以根据项目需求进行选择，以使基于数字隔离的隔离单线双向传输电路的适用性更高。

实施例四

基于上述实施例，在本实施例中与上述实施例相同的部分就不一一赘述了，如图3所示，本实施例提供一种基于数字隔离的隔离单线双向传输电路的一个实施例，具体包括：

其中，U1是一次侧MCU；U2是二次侧MCU；U3是双向数字隔离器，一个正向通道，一个反向通道。

根据软件协议和时序关系可以确定数据的传输方向。该电路的工作原理如下：

如果数据从左向右传输，U1的TX/RX脚作为发射脚，输出为低电平时，数字隔离器U3的VIB脚为低，VOB输出为低，经过电阻R2后U2的TX/RX脚作为接收脚，接收到低电平；同时数字隔离器U3的VIA脚也为低，VOA脚输出为低。

当U1的TX/RX脚输出由低电平变成高电平时，这时VOA还维持在低，因为电阻R1的阻抗隔离，数字隔离器U3的VIB脚由低电平变成高电平，VOB输出为高，经过电阻R2后，U2的TX/RX脚接收到高电平；同时数字隔离器U3的VIA也为高，VOA脚输出为高,电阻R1上的电流减小，功耗降低。

如果数据从右向左传输，U2的TX/RX脚作为发射脚，输出为低电平时，数字隔离器U3的VIA脚为低，VOA输出为低，经过电阻R1后U1的TX/RX脚作为接收脚，接收到低电平；同时数字隔离器U3的VIB脚也为低，VOB脚输出为低。

当U2的TX/RX脚输出由低电平变成高电平时，这时VOB还维持在低，因为电阻R2的阻抗隔离，数字隔离器U3的VIA脚由低电平变成高电平，VOA输出为高，经过电阻R1后，U1的TX/RX脚接收到高电平；同时数字隔离器U3的VIB也为高，VOB脚输出为高,电阻R2上的电流减小，功耗降低。

对于低速的应用场景，可以采用π122U31等数字隔离器来实现，对于中高速的应用场景可以采用π122M31等数字隔离器。图4是U1向U2发送信号时的波形图。在t₀时刻，U1发送信号DA1从低电平变成高电平，经过数字隔离器U3的第二通道传输，DA2从低电平变成高电平，U2接收到高电平；同时U3的VIA脚也为高电平，经过数字隔离器U3的第一通道传输，在t₁时刻VOA输出高电平。在t₂时刻，U1发送信号DA1从高电平变成低电平，经过数字隔离器U3的第二通道传输，DA2从高电平变成低电平，U2接收到低电平；同时U3的VIA脚也为低电平，经过数字隔离器U3的第一通道传输，在t₃时刻VOA输出低电平。U2向U1发送信号时的波形图和过程类似。

由于现有技术中，I2C的隔离芯片通常是2个双向通道，或者一个双向通道,一个单向通道。对于UART这种只需要一个双向通道的应用，会有多余的通道，导致成本的增加。另外，I2C的隔离芯片通常的最高速率会到几Mbps ，而对于150kbps以下需求的应用场景，速率富余导致增加非必要的成本。同时，光耦搭建的双向电路，存在体积大、外围元器件多的缺陷。

在本实施例中，本发明通过电阻隔离解决了双向数字隔离器同侧输入输出端口短接导致的低电平输出时的通道锁死问题，而且本发明提供的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路具有电路简单，PCB占板面积小，成本低，应用灵活，适用范围广等特点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于，包括：

其中，所述隔离子电路包括双向数字隔离器、第一电阻和第二电阻；所述第一电阻位于所述双向数字隔离器的第一通道，用于串联所述双向数字隔离器的第一通道和第一控制器，所述第二电阻位于所述双向数字隔离器的第二通道，用于串联所述双向数字隔离器的第二通道和第二控制器，通过所述第一电阻和所述第二电阻进行阻抗隔离，以使所述第一通道和所述第二通道同时导通传输数据。

2.根据权利要求1所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于，所述滤波子电路，包括：第一电容和第二电容；

6.根据权利要求3所述的基于数字隔离器的隔离单线双向传输电路，其特征在于，所述双向数字隔离器包括用于低速单线双向传输的数字隔离器和用于中高速单线双向传输的数字隔离器。