CN1643790A - 用于数字通信的光电接收机电路 - Google Patents

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Abstract

在一种用于数字通信的光电接口中，利用一个RC组合，减小了数字信号的上升沿和下降沿的斜率。由此也减小了所生成的电磁干扰EMI的量。

Description

用于数字通信的光电接收机电路
本发明涉及一种数字通信接口，包括
-与提供总线电压的电源相连的信号端子，
-连接在信号端子之间的开关元件，
-用于控制该开关元件导通状态的控制电路，包括
-电源电压端子，
-在电源电压端子之间产生电源电压的装置，
-串联电路，包括用于接收数字光信号的光传感器和连接在电源电压端子之间的阻抗，
-与串联电路和开关元件的控制电极相连的输出端子。
众所皆知，这种接口出自于一种称作数字可寻址光接口(DALI)的数字接口系统。在公知的接口中，利用开关元件和控制电路将信号从从设备发送到主设备。该从设备配置有发射光信号的发光二极管。光传感器检测到这些光信号，从而形成光隔离器输出级并和发光二极管共同构成光耦合器。该光耦合器起到光隔离器的作用。当光传感器检测到光时，其变为导通的，于是电流流过控制电路中的串联电路，使得构成部分串联电路的阻抗两端产生电压。在公知的接口中，该阻抗是欧姆电阻。当光传感器未检测到光时，其变为不导通的，使得流过串联电路的电流和阻抗两端的电压都降到0。在公知的接口中，阻抗两端的电压也存在于开关元件的控制电极上。因此，当光传感器导通时，开关元件也导通，使得开关元件在信号端子之间形成短路。将提供总线电压的电源构造成只有当流过信号端子的电流低于预定值时，该电源才能维持信号端子之间的总线电压。由于短路的原因，流过信号端子的电流实际上高于预定值，使得信号端子之间的电压变为基本上等于0。当光传感器不导通时，开关元件也不导通，使得信号端子之间的电压等于总线电压。
这种公知的接口具有几个严重的缺点。首先，DALI标准要求DALI信号的上升沿和下降沿必须长于10微秒(以减少EMI)但是不能超过100微秒。即，在典型的总线电压为16V的情况下，由开关元件产生并存在于信号端子之间的信号，其上升和下降沿斜率不会超过1.6毫伏/秒。这种公知接口的实际实施方案只有在具有大电容负载的情况下才满足该要求，而在大多数实际情况下并不能满足该要求。
本发明目的在于提供一种简单的数字通信接口，其产生较少的EMI。
因此根据本发明，在开篇段落提到的接口，其特征在于进一步配置有包含电容的第一电路，其连接在控制电极和信号端子之间；还配置有包含欧姆电阻的第二电路，其连接在控制电路的输出端子和开关元件的控制电极之间。
已发现，在本发明的接口中，因为第一电路和第二电路的存在，本发明的接口只产生较小量的EMI。
对于本发明接口的实施方案，其中控制电路中的阻抗包括欧姆电阻，由此已经获得了良好的效果。
除了由开关元件产生的存在于信号端子之间的信号的上升和下降沿太陡之外，公知的接口还具有另一个缺点，即当开关元件切断时上升沿的时间延迟与当开关元件接通时上升沿的时间延迟相差很大。这种差异造成了对开关元件产生的信号的“高/低比率”的扰动。由于DALI标准要求“高/低比率”基本上等于1，所以对该比率的扰动会导致接收主设备对信号的错误解释。为了分别克服上升沿和下降沿的时间延迟的差异，控制电路中的阻抗优选包括并联的欧姆电阻和齐纳二极管。已经发现，如果齐纳二极管的齐纳电压Vz选定为满足1.6*Vt＜Vz＜2.4*Vt，优选满足1.8*Vt＜Vz＜2.2*Vt时，时间延迟上的差异就可以被最小化了，这里Vt是开关元件的阈值电压。
在本发明的接口的一个优选实施方案中，用于产生电源电压的装置包括单向装置和缓冲电容装置。这样就以非常简单和可靠的方式实现了用于产生电源电压的装置。
现在将参考附图来描述本发明的实施方案。
在附图中，图1表示本发明的接口的实施方案。
在图1中，K1和K2是信号端子，在工作时其间存在总线电压。信号端子K1和K2通过开关元件T1相连。开关元件T1被由二极管D1和电容C2组成的串联电路所分流。在本实施方案中，二极管D1构成单向装置而电容C2构成缓冲电容装置。二极管D1和电容C2共同构成用于产生电源电压的装置。电容C2的第一端与电源电压端子K3相连，第二端与电源电压端子K4相连。电容C2被由光传感器T2和欧姆电阻R3组成的串联电路所分流。欧姆电阻R3被齐纳二极管D2所分流。齐纳二极管的齐纳电压选定为基本上等于开关元件T1阈值电压的二倍。欧姆电阻R3、齐纳二极管D2和光传感器T2的公共端构成了输出端子K5。电源电压端子K3和K4、二极管D1和电容C2、光传感器T2、欧姆电阻R3、齐纳二极管D2和输出端子K5共同构成了用于控制开关元件T1的导通状态的控制电路。欧姆电阻R3和齐纳二极管D2的并联设置构成了控制电路中的阻抗。输出端子K5通过欧姆电阻R1与开关元件T1的控制电极相连。在本实施方案中，欧姆电阻R1构成了连接在控制电路的输出端子和开关元件T1的控制电极之间的第二电路。开关元件T1的控制电极通过电容C1与信号端子K1相连。在本实施方案中，电容C1构成了连接在控制电极和信号端子之间的第一电路。
图1所示的接口的工作如下。
当信号端子K1和K2连接到提供总线电压的电源时，使用该接口时存在于信号端子之间的总线电压，使电容C2充电达到与总线电压基本上相等的电压。当图1所示的接口连接到配置有发射光信号的发光二极管的从设备时，这些光信号使得控制电路中的光传感器T2交替地导通或不导通。当光传感器T2导通时，电容C2上的电压使得电流流过光传感器T2和欧姆电阻R3。欧姆电阻R3上的电压使得开关元件T1导通。开关元件T1成为短路，使得用于提供总线电压的电源提供的电流增大到预定值之上。该预定值是用于提供总线电压的电源在保持信号端子间的总线电压的同时所能提供的最大电流。由于实际电流比预定值大，信号端子之间的电压下降。C1和R1能保证开关元件T1不会立即变为导通而是逐渐变为导通。因此电压下降的斜率也由于欧姆电阻R1和电容C1而减小了。在光传感器T2的导通期间，电容C1被流过光传感器T2、欧姆电阻R1和电容C1的电流充电。同样，当光传感器不导通时，欧姆电阻R3上的电压降到0，使得开关元件T1未导通而信号端子之间的电压增大。因为开关元件T1不是立即变为不导通而是逐渐变为不导通，所以该后者电压增大的斜率再次受到欧姆电阻R1和电容C1的限制。在光传感器T2不导通期间，电容C1被从信号端子K1通过电容C1、欧姆电阻R1和R3流到信号端子K2的电流所放电。通过将齐纳电压选定为近似等于开关元件T1阈值电压的两倍，并将欧姆电阻R3选定为较小的(相对于欧姆电阻R1)，可以使电容C1充电的电流就约等于使C1放电的电流。因此，信号端子之间的信号的上升沿的时间延迟近似等于该信号下降沿的时间延迟。这样使得对信号端子之间的信号的“高/低比率”的扰动非常小。
已经做过使用两种接口的实验。第一种接口是图1所示接口的实际实施方案，而第二种接口不包括电容C1、欧姆电阻R1和齐纳二极管D2，但是其他部分与第一种接口相同。在由同样的发光二极管发射的同样的信号和16V的总线电压条件下，评估每种接口的信号端子之间出现的信号的斜率。对于第二种接口，发现其上升沿的斜率是28毫伏/秒而时间延迟是8.5微秒，下降沿的斜率是17毫伏/秒而时间延迟是3.5微秒。对于第一种接口，发现其上升沿的斜率是1.1毫伏/秒而时间延迟是28微秒，下降沿的斜率是0.5毫伏/秒而时间延迟是38微秒。由此可以得出结论，第一种接口的信号上升沿和下降沿的斜率满足DALI要求，而第二种接口不满足。另外，与第二种接口相比，第一种接口的信号上升沿和下降沿的时间延迟更接近。因此，信号端子之间的信号的“高/低比率”非常接近于1。

Claims (6)

1.用于数字通信的接口，包括：
-与用于提供总线电压的电源相连的信号端子，
-连接在信号端子之间的开关元件，
-用于控制该开关元件导通状态的控制电路，包括：
-电源电压端子，
-用于在电源电压端子之间产生电源电压的装置，
-串联电路，包括用于接收数字光信号的光传感器和连接在电源电压端子之间的阻抗，
-与该串联电路和该开关元件的控制电极相连的输出端子，
其特征在于，该接口进一步配置有包含电容的第一电路，该第一电路连接在控制电极和信号端子之间；还配置有包含欧姆电阻的第二电路，该第二电路连接在控制电路的输出端子和开关元件的控制电极之间。
2.根据权利要求1所述的接口，其中控制电路中的阻抗包括欧姆电阻。
3.根据权利要求1或2所述的接口，其中控制电路中的阻抗包括并联的欧姆电阻和齐纳二极管。
4.根据权利要求3所述的接口，其中齐纳二极管的齐纳电压Vz选定为满足1.6*Vt＜Vz＜2.4*Vt，其中Vt是开关元件的阈值电压。
5.根据权利要求4所述的接口，其中齐纳二极管的齐纳电压Vz选定为满足1.8*Vt＜Vz＜2.2*V，其中Vt是开关元件的阈值电压。
6.根据权利要求1，2，3，4或5所述的接口，其中用于产生电源电压的装置包括单向装置和缓冲电容装置。
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