CN113607999B - 隔离差分电路、差分探头和示波器组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隔离差分电路、差分探头和示波器组件，其中，隔离差分电路包括：第一信号接口；第二信号接口；两路信号隔离电路，两路信号隔离电路的电源端分别与电源电路的输出端连接，以接入电源电路输出的电源电压；其中一路信号隔离电路的输入端与第一信号输入接口连接，以用于将第一信号接口接入的第一输入信号经信号隔离后输出；另一路信号隔离电路的输入端与第二信号输入接口连接，以用于将第二信号接口接入的第二输入信号经信号隔离后输出；以及，减法电路，用于将两路信号隔离电路隔离后的第一输入信号和第二输入信号相减后输出。本发明隔离差分电路具有高共模抑制比。

Description

隔离差分电路、差分探头和示波器组件

技术领域

本发明涉及电信号测量技术领域，特别涉及一种隔离差分电路、差分探头和示波器组件。

背景技术

目前，在对高压信号或者高共模信号进行测量时，通常采用差分电路来进行电信号测量。现有技术方案采用开关电源电路为差分电路进行供电，但开关电源电路所输出的并不是纯净直流电源，而会因为隔离前后的参考地的不同带有一个波动的电势，该波动的电势会随着供电叠加到差分电路的输出信号上，从而降低差分电路的共模抑制比。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种隔离差分电路，旨在解决现有差分电路共模抑制比较低的问题。

为实现上述目的，本发明提出的隔离差分电路，所述隔离差分电路包括：

第一信号接口，用于接入第一输入信号；

第二信号接口，用于接入第二输入信号；

两路信号隔离电路，两路所述信号隔离电路的电源端分别与电源电路的输出端连接，以接入所述电源电路输出的电源电压；其中一路信号隔离电路的输入端与所述第一信号输入接口连接，以用于将所述第一信号接口接入的第一输入信号经信号隔离后输出；另一路信号隔离电路的输入端与所述第二信号输入接口连接，以用于将所述第二信号接口接入的第二输入信号经信号隔离后输出；以及，

减法电路，其第一输入端及其第二输入端分别与两路所述信号隔离电路的输出端一一对应连接；所述减法电路用于将两路所述信号隔离电路隔离后的第一输入信号和所述第二输入信号相减后输出。

可选地，所述减法电路包括第四运算放大器，其同相输入端为所述减法电路的第一输入端，其反相输入端为所述减法电路的第二输入端，其输出端为所述减法电路的输出端。

可选地，所述隔离差分电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；其中，所述第一电容与所述第一电阻并联构成第一阻容电路，所述第二电容与所述第二电阻并联构成第二阻容电路，所述第一阻容电路的第一端与所述第一信号接口连接，所述第一阻容电路的第二端经所述第二阻容电路接地，所述第一阻容电路与所述第二阻容电路的公共端与一路所述信号隔离电路的输入端连接；所述第三电容与所述第三电阻并联构成第三阻容电路，所述第四电容与所述第四电阻并联构成第四阻容电路，所述第三阻容电路的第一端与所述第三信号接口连接，所述第三阻容电路的第二端经所述第四阻容电路接地，所述第三阻容电路与所述第四阻容电路的公共端与另一路所述信号隔离电路的输入端连接。

可选地，所述信号隔离电路包括：隔离驱动电路、低频隔离电路以及高频隔离电路；

所述隔离驱动电路，其输入端为所述信号隔离电路的输入端，所述隔离驱动电路用于将其接入的输入信号进行运算放大，并分别输出两路放大后的放大信号至所述低频隔离电路和所述高频隔离电路；

所述低频隔离电路用于对接收到的放大信号进行隔离处理，并分别输出两路隔离后的低频信号；以及，用于将两路隔离后的低频信号分别经电流电压转换后输出至高频隔离电路；

所述高频隔离电路用于对接收到的放大信号进行直流隔离，并用于根据直流隔离后的放大信号和一路电流电压转换后低频信号运算得到所述放大信号中的高频信号；以及，用于对所述高频信号进行隔离处理；

所述高频隔离电路还用于将隔离后的高频信号与另一路电流电压转换后的低频信号相加，以得到隔离后的输入信号并输出。

可选地，所述隔离驱动电路包括第一运算放大器，其同相输入端为所述隔离驱动电路的输入端，其输出端为所述隔离驱动电路的输出端；

所述低频隔离电路包括低频隔离器、第一电流-电压转换电路以及第二电流-电压转换电路，所述低频隔离器的第一端为所述低频隔离电路的输入端，所述低频隔离器的第二端和第三端用于分别接入一预设电压，所述低频隔离器的第四端与所述第一电流-电压转换电路的输入端连接；所述低频隔离器的第五端与所述第二电流-电压转换电路的输入端连接；

所述高频隔离电路包括直流隔离电路以及变压器，所述变压器的第一输入端经所述直流隔离电路与所述第一运算放大器的输出端连接，所述变压器的第一输入端还与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述变压器的第二输入端与所述第一电流-电压转换电路的输出端连接，所述变压器的第一输出端为所述高频隔离电路的输出端，所述变压器的第二输出端与所述第二电流-电压转换电路的输出端连接。

可选地，所述第一电流-电压转换电路包括：第六电阻和第二运算放大器；所述第二运算放大器的同相输入端用于接入一基准电压，所述第二运算放大器的反相输入端为所述第一电流-电压转换电路的输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述第一电流-电压转换电路的输出端；所述第六电阻设于所述第二运算放大器的反相输入端及其输出端之间。

可选地，所述第二电流-电压转换电路包括：第七电阻和第三运算放大器；所述第三运算放大器的同相输入端用于接入一基准电压，所述第三运算放大器的反相输入端为所述第二电流-电压转换电路的输入端，所述第三运算放大器的输出端为所述第二电流-电压转换电路的输出端；所述第七电阻设于所述第三运算放大器的反相输入端及其输出端之间。

可选地，所述第六电阻和所述第七电阻为固定阻值电阻，且二者的阻值相同；

或者，所述第六电阻为固定阻值电阻，所述第七电阻为可变阻值电阻。

本发明还提出一种差分探头，所述差分探头包括：

第一探测件和第二探测件，用于检测电信号，并分别输出第一输入信号和第二输入信号；

信号调制盒，包括壳体和电路板，所述电路板容置于所述壳体内；以及，

如上所述的隔离差分电路，所述隔离差分电路设于所述电路板上，并通过连接线组件分别与所述第一探测件和所述第二探测件电连接。

本发明还提出一种示波器组件，所述示波器组件包括示波器和如上所述的差分探头；

所述示波器与所述差分探头可拆卸电连接。

本发明技术方案通过采用两路信号隔离电路来构成差分电路，可在对两路输入信号(第一输入信号和第二输入信号)进行信号隔离的同时，降低电源电路叠加于两路输入信号的共模噪声，显著的提高了每一输入信号的共模抑制比，且通过设置减法电路将两路隔离后的输入信号转换为一路差值信号，可使得两路隔离后的输入信号中的共模噪声可互相抵消，以得到完全不受共模噪声影响的输出信号。且由于每一信号隔离电路中的隔离初级和隔离次级存在电气隔离，相当于实现了隔离差分电路的输出侧与输入侧电气隔离，有利于提高整体电路的安全性。

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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明隔离差分电路一实施例的电路模块示意图；

图2为本发明隔离差分电路另一实施例的电路模块示意图；

图3为本发明隔离差分电路又一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种隔离差分电路。

目前对高压信号或者高共模信号进行测量时，通常选用差分探头。而差分探头的性能优劣可由其中差分电路的共模抑制比来决定(共模抑制比，对差模信号的电压增益与对共模信号的电压增益之比的绝对值)。具体为，共模抑制比越高的差分电路，其共模信号的抑制能力越强，其输出的差模信号越精确；而共模抑制比越低的差分电路，其共模信号的抑制能力越弱，且其输出的差模信号中会耦合进共模信号，影响其输出的差模信号精度。而现有差分探头中，通常采用开关电源电路这种非纯净的直流电源为差分电路进行供电，但非纯净的直流电源会因为其中的杂散电容以及隔离前后的参考地不同，使其输出的电源电压带有一个波动的电势，也就是共模噪声。共模噪声会随着供电叠加于差分电路输出的差模信号上，增大其中的共模信号比例，使得现有差分电路的共模抑制比以及输出的差模信号精度都普遍较低。

为解决上述问题，参照图1至3，在本发明一实施例中，所述隔离差分电路包括：

第一信号接口10，用于接入第一输入信号VIN1；

第二信号接口20，用于接入第二输入信号VIN2；

两路信号隔离电路30，两路所述信号隔离电路30的电源端分别与电源电路的输出端连接，以接入所述电源电路输出的电源电压；其中一路信号隔离电路30的输入端与所述第一信号输入接口连接，以用于将所述第一信号接口10接入的第一输入信号VIN1经信号隔离后输出；另一路信号隔离电路30的输入端与所述第二信号输入接口连接，以用于将所述第二信号接口20接入的第二输入信号VIN2经信号隔离后输出；以及，

减法电路40，其第一输入端及其第二输入端分别与两路所述信号隔离电路30的输出端一一对应连接；所述减法电路40用于将两路所述信号隔离电路30隔离后的第一输入信号VIN1和所述第二输入信号VIN2相减后输出。

本实施例中，第一信号接口10和第二信号接口20可经连接线与差分探头中的信号探测组件电连接，以分别接入信号探测组件在对电信号检测时所输出的信号，并分别作为第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2(图3中的VIN1和VIN2)输出至后端电路。可以理解的是的，第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2二者振幅相等，相位相差180°，极性相反。

两路信号隔离电路30构成差分电路的形式，且每一信号隔离电路30可根据电源电路输出的电源电压对接入的输入信号进行信号隔离后输出，而本实施例中的电源电路即为开关电源电路。可以理解的是，电源电路可设于差分探头中，通过供电接口和电源线接入外部电源输出的电源电压，并可将电源电压进行电源变换后为隔离差分电路供电；或者还可设于外部独立的开关电源中，通过电源线为差分探头供电，在此不做限定。信号隔离电路30在利用其中设置的光耦、变压器T等隔离型器件对输入信号进行信号隔离时，可实现隔离初级与隔离次级电气隔离，使得隔离初级和隔离次级之间可不共用接地导体，切断了共模噪声接地传播回路，可避免隔离次级的噪声经传播回路输出到隔离初级，可有效的抑制其隔离次级所产生的共模信号。

在此以光耦构建的信号隔离电路30为例在此进行解释说明，光耦为电流型驱动器件，其初级侧可设有发光二极管，发光二极管可根据接入的驱动电流大小发出相应的光，而其次级侧可设有一个接入预设电压供电的光电晶体管，又称光敏三级管，光电晶体管可根据感应到的光导通，以产生相应的输出电流，如此即实现了电-光-电的电信号隔离。而在光耦内部，由于发光二极管和电光电晶体管之间的耦合电容很小(通常在2pF以内)，所以其驱动电流中具有的共模信号通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而光耦具有很高共模抑制比。而对于以变压器T构建的信号隔离电路30而言，变压器T的初级侧，即其初级线圈对于低频信号而言相当于导线，而共模信号的本质为直流信号，属于低频信号，因此其初级侧的共模信号根本无法通过变压器T的电磁感应到达其次级侧。

而在实际应用中，由于信号隔离电路30无法完全抑制共模信号或者由于其隔离次级同样也需要电源电路供电，其隔离后的第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2中还是会存在一定比例的供模噪声，而由于两路信号隔离电路30完全相同，且接入的电源电压也完全相等，因此电源电路在每一信号隔离电路30隔离后输出的信号中所叠加的供模噪声具有幅度相等，相位相同的特点。针对此，本申请通过减法电路40接入隔离后的第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2，以对隔离后的第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2再次进行减法处理，以获取二者信号的差值信号，并可将该差值信号作为隔离差分电路的输出信号Vout输出。可以理解的是，由于第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2中分别叠加的供模噪声相同，因此并不影响二者相减得到的差值信号，该相减得到的差值信号与在无供模噪声情况下二者相减得到的差值信号相同。

如此，本发明技术方案通过采用两路信号隔离电路30来构成差分电路，可在对两路输入信号(第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2)进行信号隔离的同时，降低电源电路叠加于两路输入信号的共模噪声，显著的提高了每一输入信号的共模抑制比，且通过设置减法电路40将两路隔离后的输入信号转换为一路差值信号，使得两路隔离后的输入信号中的共模噪声可互相抵消，以得到完全不受共模噪声影响的输出信号Vout。且由于每一信号隔离电路30中的隔离初级和隔离次级存在电气隔离，相当于实现了隔离差分电路的输出侧与输入侧的电气隔离，有利于提高隔离差分电路整体的安全性。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述减法电路40包括第四运算放大器A4，其同相输入端为所述减法电路40的第一输入端，其反相输入端为所述减法电路40的第二输入端，其输出端为所述减法电路40的输出端。

本实施例通过选用运算放大器来实现减法电路40，以利用运算放大器在开环状态下，其输出等于其同相输入端接入的信号与其反相输入端接入的信号之差，来实现两路信号相减的功能。当然可以理解的是，减法电路40还可由运算放大器及电阻等分立的电子器件构建组成，或者选用专用的减法器来实现。本发明隔离差分电路通过采用运算放大器来实现减法电路40，无需构建复杂的减法电路40或者采用高成本的减法器，简化电路结构，有利于优化电控组件在PCB板的布局，还有利于降低电路成本。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述隔离差分电路还包括：

第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4；其中，所述第一电容C1与所述第一电阻R1并联构成第一阻容电路，所述第二电容C2与所述第二电阻R2并联构成第二阻容电路，所述第一阻容电路的第一端与所述第一信号接口10连接，所述第一阻容电路的第二端经所述第二阻容电路接地，所述第一阻容电路与所述第二阻容电路的公共端与一路所述信号隔离电路30的输入端连接；所述第三电容C3与所述第三电阻R3并联构成第三阻容电路，所述第四电容C4与所述第四电阻R4并联构成第四阻容电路，所述第三阻容电路的第一端与所述第三信号接口连接，所述第三阻容电路的第二端经所述第四阻容电路接地，所述第三阻容电路与所述第四阻容电路的公共端与另一路所述信号隔离电路30的输入端连接。

由于差分探头通常用于对高压信号或者高共模信号进行测量时，因此需要设置信号衰减电路，以将高压信号或者高共模信号进行相应倍数的信号衰减后再输出至信号隔离电路30。本实施例通过设置4个电容和4个电阻来构成信号衰减电路，其中每一电阻均与一个电容并联形成一路阻容电路，而第一电阻R1和第二电阻R2所在的阻容电路彼此连接以进一步构成第一信号衰减电路50，以将第一输入信号VIN1衰减第一预设倍数后输出；而第三电阻R3和第四电阻R4所在的阻容电路进一步连接以构成第二信号衰减电路60，以将第二输入信号VIN2衰减第二预设倍数后输出，以使衰减后的第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2可符合后端电路的信号处理格式。在差分探头中，第一预设倍数与第二预设倍数通常设置为相同倍数，例如：10倍或者100倍，即第一电容C1和第四电容C4的电容值、第二电容C2和第三电容C3的电容值、第一电阻R1和第四电阻R4的电阻值以及第二电阻R2和第三电阻R3的电阻值设置为相同。可以理解的是，本领域技术人员可通过调节第一电容C1和第二电容C2的电容值，以及第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值来调节第一预设倍数和第二预设倍数。本发明技术方案通过设置两路信号衰减电路，使得高压信号或者高共模信号可被衰减后输出至后端电路进行隔离差分，有利于提高本发明种隔离差分电路的应用范围以及电路安全性。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述信号隔离电路30包括：隔离驱动电路31、低频隔离电路32以及高频隔离电路33；

所述隔离驱动电路31，其输入端为所述信号隔离电路30的输入端，所述隔离驱动电路31用于将其接入的输入信号进行运算放大，并分别输出两路放大后的放大信号至所述低频隔离电路32和所述高频隔离电路33；

所述低频隔离电路32用于对接收到的放大信号进行隔离处理，并分别输出两路隔离后的低频信号；以及，用于将两路隔离后的低频信号分别经电流电压转换后输出至高频隔离电路33；

所述高频隔离电路33用于对接收到的放大信号进行直流隔离，并用于根据直流隔离后的放大信号和一路电流电压转换后低频信号运算得到所述放大信号中的高频信号；以及，用于对所述高频信号进行隔离处理；

所述高频隔离电路33还用于将隔离后的高频信号与另一路电流电压转换后的低频信号相加，以得到隔离后的输入信号并输出。

可选地，所述隔离驱动电路31包括第一运算放大器A1，其同相输入端为所述隔离驱动电路31的输入端，其输出端为所述隔离驱动电路31的输出端；

所述低频隔离电路32包括低频隔离器321、第一电流-电压转换电路322以及第二电流-电压转换电路323，所述低频隔离器321的第一端为所述低频隔离电路32的输入端，所述低频隔离器321的第二端和第三端用于分别接入一预设电压，所述低频隔离器321的第四端与所述第一电流-电压转换电路322的输入端连接；所述低频隔离器321的第五端与所述第二电流-电压转换电路323的输入端连接；

所述高频隔离电路33包括直流隔离电路331以及变压器T，所述变压器T的第一输入端经所述直流隔离电路331与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述变压器T的第一输入端还与所述第一运算放大器A1的反向输入端连接，所述变压器T的第二输入端与所述第一电流-电压转换电路322的输出端连接，所述变压器T的第一输出端为所述高频隔离电路33的输出端，所述变压器T的第二输出端与所述第二电流-电压转换电路323的输出端连接。

本实施例中，隔离驱动电路31可通过第一运算放大器A1的同相输入端接入第一输入信号VIN1或第二输入信号VIN2，以使第一运算放大器A1可对其进行运算放大处理。隔离驱动电路31还可使第一运算放大器A1的输出端分别与低频隔离电路32和高频隔离电路33连接，以使第一运算放大器A1可分别输出两路运算放大后的放大信号至低频隔离电路32和高频隔离电路33。由于本实施例中两路信号隔离电路30的电路结构以及工作原理均相同，只是接入的输入信号的相位相差180°，且极性相反，因此在此以接入第一输入信号VIN1的信号隔离电路30为例进行解释说明。第一运算放大器A1可选用宽频带运算放大器，以保障信号隔离电路30的高带宽性能。

低频隔离器321可采用多输出端的线性光耦U1来实现，本实施例以低频隔离器321采用双输出端的线性光耦U1为例进行解释说明，线性光耦U1的两个输出端可与第一电流-电压转换电路322和第二电流-电压转换电路323的输入端一一对应连接。由于放大信号中的高频信号无法驱动线性光耦U1工作，因此线性光耦U1只能对放大信号中的低频分量，即低频信号进行隔离处理，并可分别输出两路隔离后的低频信号至第一电流-电压转换电路322和第二电流-电压转换电路323，而第一电流-电压转换电路322和第二电流-电压转换电路323用于分别将接入的隔离后的电流信号的低频信号转换为电压信号后输出至高频隔离电路33。可以理解的是，两路隔离后的低频信号均与放大信号中的低频信号相同，从而实现了放大信号中低频分量的线性隔离。还可以理解的是，由于低频隔离器321的隔离次级与其隔离初级之间存在很小的耦合电容，使得其隔离前低频信号中的共模噪声对隔离后的低频信号影响很小，有利于降低隔离后低频信号中共模噪声的比例。当然，在其他实施例中，低频隔离器321还可采用其他多输出端的线性低频隔离器321来实现，在此不做限定。

高频隔离电路33可由变压器T和直流隔离电路331来构建实现；其中，直流隔离电路331可由电阻元件和电容元件等分立的电子器件构成。在图3所示实施例中，直流隔离电路331包括串联设置第六电容C6和第九电阻R9，直流隔离电路331可隔离接入的放大信号中的直流分量(直流分量中包括共模噪声)，以降低该路放大信号中的直流比例。高频隔离电路33可根据变压器T的初级和次级划分为高频隔离初级侧和高频隔离次级侧，高频隔离初级侧和高频隔离次级侧可分别接入一路电流电压转换后的低频信号。其中，高频隔离初级侧可对直流隔离后的放大信号和第一电流-电压转换电路322转换后的低频信号进行相应的运算，例如：减法运算来得到该路放大信号中的高频分量，即高频信号，并可将运算得到的高频信号输出至变压器T初级，从而完成了变压器T的驱动。变压器T可在工作时对高频信号进行隔离处理，并在其次级输出隔离后的高频信号，以使高频隔离次级侧可将隔离后的高频信号和第二电流-电压转换电路323转换后的低频信号相加，进而得到隔离后的放大信号。由于变压器T也可抑制共模噪声的传输，因此隔离后的高频信号以及放大信号中的共模噪声比例极低，极大的提高了信号隔离电路30共模抑制比。如此，信号隔离电路30可在对输入信号中的高频分量和低频分量分别进行信号隔离的同时，抑制各分量中共模噪声的传输，不仅提高了电路安全性，还极大的提高输出信号的共模抑制比。

可以理解的是，变压器T的初级线圈对于低频信号而言相当于导线，且在驱动变压器T工作时，加载在变压器T初级上的信号为高频信号。本发明技术方案通过将变压器T的第一输入端与第一运算放大器A1的反相输入端连接，以在信号隔离电路30工作时，使高频隔离初级侧可将电流电压转换后的低频信号以及运算得到的高频信号，经变压器T的初级反馈至第一运算放大器A1的反相输入端。第一运算放大器A1可将反相输入端接入的组合信号(组合信号，即电流电压转换后的低频信号与运算得到的高频信号之和)与其正相输入端接入的第一输入信号VIN1进行比较，并可根据比较结果调整自身的运放状态，从而调节其输出的两路放大信号，以使调节后的两路放大信号可对应产生新的组合信号，最终达到使反相输入端接收到的组合信号与第一输入信号VIN1相等的效果。而在组合信号等于第一输入信号VIN1时，由于组合信号中的高频信号与第一输入信号VIN1中的高频信号相同，组合信号中的低频信号与第一输入信号VIN1中的低频信号相同；而隔离后的放大信号中的高频信号与组合信号中的高频信号相同，隔离后的放大信号中的低频信号与组合信号中的低频信号也相同，因此，隔离后的放大信号也与第一输入信号VIN1相同，即同时实现了第一输入信号VIN1的信号隔离和共模信号的抑制。如此，使得第一运算放大器A1可对隔离后的输入信号进行自动调节，极大的提高了第一运算放大器A1的工作稳定性，以及降低了隔离后的放大信号中低频信号和高频信号的不可控性，并有利于提高信号隔离电路30的共模抑制比，且无需通过逐板调试分离器件的参数来对信号隔离电路30进行信号补偿，有利于应用于大批量生产。

在图3实施例中，所述信号隔离电路30还包括第五电阻R5和第五电容C5，第五电容C5与第五电阻R5并联组成第五阻容电路34；变压器T的第一输入端还经第五阻容电路与所述第一运算放大器A1的反相输入端连接。且在该实施例中，低频隔离电路32还包括第八电阻R8，第八电阻R8与低频隔离器321的第一端连接，其阻值用以匹配线性光耦的驱动电流。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述第一电流-电压转换电路322包括：第六电阻R6和第二运算放大器A2；所述第二运算放大器A2的同相输入端用于接入一基准电压，所述第二运算放大器A2的反相输入端为所述第一电流-电压转换电路322的输入端，所述第二运算放大器A2的输出端为所述第一电流-电压转换电路322的输出端；所述第六电阻R6设于所述第二运算放大器A2的反相输入端及其输出端之间。

本实施例中，第六电阻R6为负反馈电阻，以用于将第二运算放大器A2输出的放大信号反馈至第二运算放大器A2的反相输入端，以使第六电阻R6和第二运算放大器A2构成的组合电路可将低频隔离器321输出的电流信号的低频信号转换为电压信号后，输出至变压器T的第二输入端。需要说明的是，低频信号对变压器T无法进行驱动，即第二运算放大器A2输出的低频信号对变压器T而言相当于地，也即变压器T的第一输入端和第二输入端之间只存在高频信号，如此即实现了变压器T的驱动。且由于第一输入端接入的放大信号为直流隔离后的放大信号，而第二输入端接入的为隔离后的低频信号，因此驱动变压器T的高频信号以及隔离后高频信号中的共模噪声比例也极低，有利于提高信号隔离电路30整体的共模抑制比。

需要注意的是，第二运算放大器A2输出的低频信号可经变压器T的第二输入端和第一输入端之间的绕组线圈(即变压器T的初级线圈)与第一运算放大器A1的反相输入端形成闭环负反馈；高频信号也可同时反馈到了第一运算放大器A1的反相输入端。以及还需要说明的是，第二运算放大器A2接入的基准电压为隔离前的正基准电压，以用于为第一电流-电压转换电路322进行的电流电压转换提供基准参考点。如此设置，不仅可运算得到共模噪声比例低的高频信号，以驱动变压器T工作，还为高频信号和低频信号反馈至第一运算放大器A1提供了闭环反馈回路，有利于提高第一运算放大器A1的工作稳定性。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述第二电流-电压转换电路323包括：第七电阻R7和第三运算放大器A3；所述第三运算放大器A3的同相输入端用于接入一基准电压，所述第三运算放大器A3的反相输入端为所述第二电流-电压转换电路323的输入端，所述第三运算放大器A3的输出端为所述第二电流-电压转换电路323的输出端；所述第七电阻R7设于所述第三运算放大器A3的反相输入端及其输出端之间。

本实施例中，由于第二电流-电压转换电路323采用了与第一电流-电压转换电路322相同的电路结构，所以第二电流-电压转换电路323的工作原理也与之一致，在此不做赘述。其中，第三运算放大器A3接入的基准电压为隔离后的正基准电压，以用于为第二电流-电压转换电路323进行的电流电压转换提供基准参考点。

变压器T第一输出端的信号电势等于在其第二输出端的信号电势之上叠加隔离后的高频电势，也即变压器T第一输出端上的信号为隔离后的高频信号与隔离后的低频信号两者的叠加之和。即在其次级侧实现了将隔离后的低频信号和隔离后的高频信号自动相加还原为输入信号，无需设置加法器或求和电路。且在实际应用中，两个信号的加法器或求和电路需要根据隔离后的两个信号进行适配设计，且电路结构也十分复杂，设计难度很大，根本无法适用于大规模生产，而本发明技术方案则完全克服了上述的行业弊端。且还由于隔离后的低频信号和高频信号二者的共模噪声比例均极低，因此还原的输入信号也具有极高的共模抑制比。

参照图1至3，在本发明一实施例中，所述第六电阻R6和所述第七电阻R7为固定阻值电阻，且二者的阻值相同；

或者，所述第六电阻R6为固定阻值电阻，所述第七电阻R7为可变阻值电阻。

本实施例中，根据电路对称原理，第六电阻R6的阻值应与第七电阻R7相等。如此，可使得第二运算放大器A2和第三运算放大器A3输出的低频信号一致，因而有利于提高在初级侧运算得到的高频信号精度，以及在次级侧相加得到的隔离后的输入信号精度。

但在实际应用中，鉴于电子器件会存在一定的参数误差，因此第六电阻R6可选用固定阻值电阻，而第七电阻R7选用可变阻值电阻，以方便测试人员通过调试第七电阻R7的阻值大小来对本发明信号隔离电路30进行电路调试。当然在其他实施例中，还可为第六电阻R6为可变阻值电阻，第七电阻R7为固定阻值电阻；或者，第六电阻R6和第七电阻R7均为可变阻值电阻。如此，可在大批量生产应用时，灵活通过第七电阻R7来对信号隔离电路30进行电路调试，有利于提高大批量生产时的电路调试效率。

本发明还提出一种差分探头，该差分探头包括：

第一探测件和第二探测件，用于检测电信号，并分别输出第一输入信号VIN1和第二输入信号VIN2；

信号调制盒，包括壳体和电路板，所述电路板容置于所述壳体内；以及，

如上所述的隔离差分电路，所述隔离差分电路设于所述电路板上，并通过连接线组件分别与所述第一探测件和所述第二探测件电连接。

该隔离差分电路的具体结构参照上述实施例，由于本差分探头采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，第一探测组件可以是呈夹子形状或者呈笔状等，此处不限。在一实施例中，为更加安全，第一探测组件包括绝缘外壳以及检测电极。当然为了方便固定，绝了缘外壳可呈夹子状设置，即绝缘外壳包括第一夹持部和第二夹持部，第一夹持部和第二夹持部呈夹角设置且其夹角的角度可调，检测电极设于第一夹持部和/或第二夹持部上。用户在使用时，调整第一夹持部和第二夹持部之间的夹角角度至合适大小，并使得检测电极与外部探测源接触，将第一探测组件牢固地夹持于探测源上，从而可以持续稳定地检测信号。在另一实施中，绝缘外壳呈棒状设置，检测电极设于绝缘外壳内且部分伸出绝缘外壳，用户使用时可手握绝缘外壳以调整位置，将检测电极伸出的部分与探测源接触以检测信号，如此，使得第一探测组件的使用更加方便灵活。当然，在其他实施例中，绝缘外壳还可以是其他形状的，在此不作具体限制。第二探测组件的形状构造请参考第一探测组件，在此不再赘述。

信号调制盒的壳体可为近长方体形状，其内可设有容置腔，以用于容置电路板等功能组件。电路板可为硬刷电路板，其上可焊接有隔离差分电路等电路组件，各电路组件之间可通过电路板走线实现彼此之间的电连接关系。

本发明还提出一种示波器组件，该示波器组件包括示波器和如上所述的差分探头，该差分探头的具体结构参照上述实施例，由于本示波器组件采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，示波器与所述差分探头可拆卸电连接。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种隔离差分电路，其特征在于，所述隔离差分电路包括：

第一信号接口，用于接入第一输入信号；

第二信号接口，用于接入第二输入信号；

两路信号隔离电路，两路所述信号隔离电路的电源端分别与电源电路的输出端连接，以接入所述电源电路输出的电源电压；其中一路信号隔离电路的输入端与所述第一信号接口连接，以用于将所述第一信号接口接入的第一输入信号经信号隔离后输出；另一路信号隔离电路的输入端与所述第二信号接口连接，以用于将所述第二信号接口接入的第二输入信号经信号隔离后输出；其中，两路信号隔离电路完全相同，且接入的电源电压也完全相等；

减法电路，其第一输入端及其第二输入端分别与两路所述信号隔离电路的输出端一一对应连接；所述减法电路用于将两路所述信号隔离电路隔离后的第一输入信号和所述第二输入信号相减后输出。

2.如权利要求1所述的隔离差分电路，其特征在于，所述减法电路包括第四运算放大器，其同相输入端为所述减法电路的第一输入端，其反相输入端为所述减法电路的第二输入端，其输出端为所述减法电路的输出端。

3.如权利要求1所述的隔离差分电路，其特征在于，所述隔离差分电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；其中，所述第一电容与所述第一电阻并联构成第一阻容电路，所述第二电容与所述第二电阻并联构成第二阻容电路，所述第一阻容电路的第一端与所述第一信号接口连接，所述第一阻容电路的第二端经所述第二阻容电路接地，所述第一阻容电路与所述第二阻容电路的公共端与一路所述信号隔离电路的输入端连接；所述第三电容与所述第三电阻并联构成第三阻容电路，所述第四电容与所述第四电阻并联构成第四阻容电路，所述第三阻容电路的第一端与所述第二信号接口连接，所述第三阻容电路的第二端经所述第四阻容电路接地，所述第三阻容电路与所述第四阻容电路的公共端与另一路所述信号隔离电路的输入端连接。

4.如权利要求1所述的隔离差分电路，其特征在于，所述信号隔离电路包括：隔离驱动电路、低频隔离电路以及高频隔离电路；

所述隔离驱动电路，其输入端为所述信号隔离电路的输入端，所述隔离驱动电路用于将其接入的输入信号进行运算放大，并分别输出两路放大后的放大信号至所述低频隔离电路和所述高频隔离电路；

所述低频隔离电路用于对接收到的放大信号进行隔离处理，并分别输出两路隔离后的低频信号；以及，用于将两路隔离后的低频信号分别经电流电压转换后输出至高频隔离电路；

所述高频隔离电路用于对接收到的放大信号进行直流隔离，并用于根据直流隔离后的放大信号和一路电流电压转换后低频信号运算得到所述放大信号中的高频信号；以及，用于对所述高频信号进行隔离处理；

所述高频隔离电路还用于将隔离后的高频信号与另一路电流电压转换后的低频信号相加，以得到隔离后的输入信号并输出。

5.如权利要求4所述的隔离差分电路，其特征在于，所述隔离驱动电路包括第一运算放大器，其同相输入端为所述隔离驱动电路的输入端，其输出端为所述隔离驱动电路的输出端；

所述低频隔离电路包括低频隔离器、第一电流-电压转换电路以及第二电流-电压转换电路，所述低频隔离器的第一端为所述低频隔离电路的输入端，所述低频隔离器的第二端和第三端用于分别接入一预设电压，所述低频隔离器的第四端与所述第一电流-电压转换电路的输入端连接；所述低频隔离器的第五端与所述第二电流-电压转换电路的输入端连接；

所述高频隔离电路包括直流隔离电路以及变压器，所述变压器的第一输入端经所述直流隔离电路与所述第一运算放大器的输出端连接，所述变压器的第一输入端还与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述变压器的第二输入端与所述第一电流-电压转换电路的输出端连接，所述变压器的第一输出端为所述高频隔离电路的输出端，所述变压器的第二输出端与所述第二电流-电压转换电路的输出端连接。

6.如权利要求5所述的隔离差分电路，其特征在于，所述第一电流-电压转换电路包括：第六电阻和第二运算放大器；所述第二运算放大器的同相输入端用于接入一基准电压，所述第二运算放大器的反相输入端为所述第一电流-电压转换电路的输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述第一电流-电压转换电路的输出端；所述第六电阻设于所述第二运算放大器的反相输入端及其输出端之间。

7.如权利要求6所述的隔离差分电路，其特征在于，所述第二电流-电压转换电路包括：第七电阻和第三运算放大器；所述第三运算放大器的同相输入端用于接入一基准电压，所述第三运算放大器的反相输入端为所述第二电流-电压转换电路的输入端，所述第三运算放大器的输出端为所述第二电流-电压转换电路的输出端；所述第七电阻设于所述第三运算放大器的反相输入端及其输出端之间。

8.如权利要求7所述的隔离差分电路，其特征在于，所述第六电阻和所述第七电阻为固定阻值电阻，且二者的阻值相同；

或者，所述第六电阻为固定阻值电阻，所述第七电阻为可变阻值电阻。

9.一种差分探头，其特征在于，所述差分探头包括：

第一探测件和第二探测件，用于检测电信号，并分别输出第一输入信号和第二输入信号；

信号调制盒，包括壳体和电路板，所述电路板容置于所述壳体内；以及，

如权利要求1-8任意一项所述的隔离差分电路，所述隔离差分电路设于所述电路板上，并通过连接线组件分别与所述第一探测件和所述第二探测件电连接。

10.一种示波器组件，其特征在于，所述示波器组件包括示波器和如权利要求9所述的差分探头；

所述示波器与所述差分探头可拆卸电连接。

Images