CN201860313U - 信号隔离接口 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子技术类，特别是关于一种数据采集系统中保证前后级设备故障隔离的信号隔离接口。所述的信号接口电路包括信号调理电路、隔离放大器电路、隔离电源和可编程运放电路。信号调理电路为同相放大电路，对信号进行适当放大或衰减；隔离放大器以隔离栅方式实现隔离，隔离电源以变压器实现隔离。将隔离放大器和隔离电源输入端电源和地连接在一起，输出端电源和地分别连接在一起，实现被测信号线性隔离。可编程运放电路通过编程设置相应增益。本信号隔离接口通过使用隔离放大器和隔离电源电路，实现测试设备和被测设备电路完全隔离，保护被测设备，抑制信号噪声，提高信号采集精度和安全性。

Description

信号隔离接口

技术领域

本实用新型属于电子技术类，特别是关于一种数据采集系统中保证前后级设备故障隔离的信号隔离接口。

背景技术

在航空航天领域，各种电子设备的应用环境相对比较恶劣，在使用过程中不可避免会存在各种干扰和噪声信号，这些信号可能影响整个系统的工作。为保护后级设备，隔离测试电路或被测电路的故障，保证测量结果的有效性和准确性，测试电路与被测电路必须做到严格的电气隔离，且要求隔离电路应具有较高的精度。

常用的隔离方式主要有光电隔离、阻抗隔离等，光电隔离以光为媒介传输电信号，利用发光二极管的导通特性，实现被测信号的非线性隔离，光电隔离方式主要用于开关量及数字信号隔离；阻抗隔离则通过隔离电阻产生压降，来实现信号的隔离，但会影响信号的测量精度。

发明内容

本实用新型的目的是：本实用新型提供了一种通过电磁隔离方式实现被测信号隔离，从而保证信号测量精度和设备安全的信号隔离接口。

本实用新型的技术方案是：一种信号隔离接口，其包括信号调理电路、隔离放大器、隔离电源和可编程运放电路，信号调理电路为同相放大电路，其输出端连接到隔离放大器的信号输入端，所述隔离放大器和隔离电源的输入级电源分别接地连接，隔离放大器和隔离电源的输出级电源也分别接地连接，所述隔离放大器输出端连接到可编程运放电路。

隔离放大器具有一容性隔离栅。

隔离放大器的信号输入端和输入信号地接入积分电路，积分电路经恒流源与调制电路相连，同时还有两路与调制电路一起连接于隔离栅的一端，所述隔离栅的另一端连接有解调电路，该解调电路一端连接恒流源，同时经采样保持电路后与连接到隔离放大器的信号输出端和信号输出地。

其信号调理电路的同相输入端连接有电阻R3，反相输入端连接有电阻R1，且同相输入端经电阻R4接地，反相输入端经电阻R2连接于同相放大电路的输出端。

信号调理电路的电阻R1＝R3，R2＝R4。

隔离电源的外部电源和内部电源之间通过变压器耦合连接。

本实用新型的技术效果：本实用新型选用隔离电源和隔离放大器设计信号隔离接口，由隔离电源提供系统内的浮地直流电源，将隔离电源和隔离放大器的输入级电源和地分别连接在一起，将隔离电源和隔离放大器的输出级电源和地分别连接在一起。把信号源端设备和数据采集系统之间的噪声干扰的传输路径切断，保护测试电路和被测电路，抑制噪声信号。

附图说明

图1是本实用新型信号隔离接口一较佳实施方式的电路图；

图2是本实用新型信号隔离接口中隔离放大器的结构框图；

图3是本实用新型信号隔离接口中隔离电源的原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

请参阅图1，其是本实用新型信号隔离接口第一实施方式的电路图。所述信号隔离接口包括信号调理电路、隔离放大器、隔离电源和可编程运放电路。

其中，所述信号调理电路为同相放大电路，其同相输入端连接有电阻R3，反相输入端连接有电阻R1，且同相输入端经电阻R4接地，反相输入端经电阻R2连接于同相放大电路的输出端。当信号调理电路的电阻R1＝R3，R2＝R4时，信号调理电路输出电压和输入电压之间的关系是：

$\mathrm{Vo}1=(V_{\mathrm{in}+}-V_{\mathrm{in}-})*\frac{R_2}{R_1}$

通过调节电阻R1～R4的阻值，可以改变信号调理电路的放大倍数。因此所述信号调理电路对大信号进行衰减，对小信号进行放大，使信号调理电路输出电压在-10V～+10V之间。所述信号调理电路输出端Vol接到隔离放大器的信号输入端Vin。所述隔离放大器和隔离电源的输入级电源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分别接在一起，隔离放大器和隔离电源的输出级电源(+Vs_1、-Vs_1)和地(AGND_1)分别接在一起，实现测量电路的前后级完全隔离，保护测量电路和被测电路正常工作。所述隔离放大器输出到可编程运放电路，该可编程运放电路即图1中的PGA，通过编程设置相应增益系数，适当放大信号。

请参阅图2，其是所述隔离放大器的结构框图。其中Vin为隔离放大器的信号输入端，Com1为输入信号地，Vout为信号输出端，Com2为信号输出地，外部时钟引脚为外部时钟同步模式时外部时钟输入端。

所述隔离放大器采用一种新型调制-解调技术，以数字方式通过一个2pF容性隔离栅传输信号。图2中，隔离放大器的信号输入端和输入信号地接入积分电路，积分电路对输入信号和恒流源进行积分，输出端与滞回比较电路相连，滞回比较电路差分输出端连接于隔离栅，另一端连接比较器A1，A1控制恒流源输出+100uA或-100uA电流。所述隔离栅的另一端连接有解调电路，该解调电路一端连接恒流源，同时也经采样保持电路后与连接到信号输出端和信号输出地。

其中，所述积分电路对输入信号和±100uA恒流源进行积分，将信号调制为占空比不同的三角波信号，如果输入信号Vin＝0，积分电路输出为占空比为50％的三角波，输入信号Vin改变，积分电路输出三角波占空比相应改变。积分器输出的三角波信号通过滞回比较电路，将输入信号转换为占空比不同的方波信号。方波信号通过2pF容性隔离栅到输出端积分电路。

所述隔离栅的采用数字调制方式，不影响信号的完整性，使隔离放大器具有极好的可靠性和带宽。解调电路对调制信号进行积分，使输出电压Vout和输入电压Vin相等，然后通过采样保持电路去除解调过程中产生的纹波。

所述隔离放大器有两种工作方式：自由运行方式和同步方式，在自由运行方式下，隔离放大器独立工作，具有60kHz带宽。在同步方式下，隔离放大器可以使内部调制器和一个外部信号源同步，该性能在减小多通道系统中的差频误差和抑制交流信号及其谐波分量非常有用。

请参阅图3，其是所述隔离电源的原理示意图。其中，Vs为电源供电引脚，Vout为电源输出引脚，0V为电源地，同步时钟输入引脚为外部时钟同步模式时同步时钟输入端。同步时钟输入与电源控制逻辑内的内部时钟和看门狗相连，而电源供电引脚与电源控制逻辑的过热关断模块相连，而过热关断模块与看门狗以及功率级相连，同时一重置开关同时连接内部时钟、看门狗和功率级。所述隔离电源的基本功能是将外部电源与内部电源隔离，提供系统内的浮地直流电源。它的电能量传递是通过高度绝缘的变压器直接耦合而完成的。隔离电源内部时钟为800kHz，使用推挽式、中间抽头结构以400kHz频率转换电能，通过变压器隔离电源前后级，看门狗和过热关断保护电路不受破坏。

综上所述本实用新型信号隔离接口以电磁隔离方式实现信号的线性隔离，信号隔离接口主要包括信号调理电路、隔离放大器、隔离电源、可编程运算电路。其中，信号调理电路对大信号进行衰减，对小信号进行适当放大。隔离电源采用变压器隔离方式实现前后级电源隔离，隔离放大器采用隔离栅方式实现前后级隔离。本实用新型通过将隔离放大器和隔离电源的输入级的电源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分别连接在一起，将隔离放大器和隔离电源的输出级的电源(+Vs_1、-Vs_1)和地(AGND_1)分别连接在一起。把前后两级噪声干扰的传输路径切断，保护测试电路和被测电路，抑制噪声信号。

输入信号首先经过同相比例电路，根据需要对输入信号适当放大或缩小。信号经过调理后，输入到隔离放大器输入端(Vin)，隔离放大器输出信号送到A/D转换电路进行采集。

因此本实用新型采用隔离电源和隔离放大器实现信号线性隔离，保证信号采集和测量精度，并将测试设备与被测设备之间的故障隔离，保证测试设备和被测设备安全，抑制噪声信号。

Claims (6)

1.一种信号隔离接口，其特征在于：包括信号调理电路、隔离放大器、隔离电源和可编程运放电路，信号调理电路为同相放大电路，其输出端连接到隔离放大器的信号输入端，所述隔离放大器和隔离电源的输入级电源分别接地连接，隔离放大器和隔离电源的输出级电源也分别接地连接，所述隔离放大器输出端连接到可编程运放电路。

2.根据权利要求1所述的信号隔离接口，其特征在于：隔离放大器具有一容性隔离栅。

3.根据权利要求2所述的信号隔离接口，其特征在于：隔离放大器的信号输入端和输入信号地接入积分电路，积分电路经恒流源与调制电路相连，同时还有两路与调制电路一起连接于隔离栅的一端，所述隔离栅的另一端连接有解调电路，该解调电路一端连接恒流源，同时经采样保持电路后与连接到隔离放大器的信号输出端和信号输出地。

4.根据权利要求3所述的信号隔离接口，其特征在于：其信号调理电路的同相输入端连接有电阻R3，反相输入端连接有电阻R1，且同相输入端经电阻R4接地，反相输入端经电阻R2连接于同相放大电路的输出端。

5.根据权利要求5所述的信号隔离接口，其特征在于：信号调理电路的电阻R1＝R3，R2＝R4。

6.根据权利要求1至5任一项所述的信号隔离接口，其特征在于：隔离电源的外部电源和内部电源之间通过变压器耦合连接。

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