CN204613635U - 一种数字输入电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字输入电路，偏置模块、隔离模块、限流模块、开关控制模块、下拉模块、第一滤波模块和第二滤波模块，当输入电压高于预设电压时，由开关控制模块关闭数字输入电路的输出，并由隔离模块将外部高压隔离，防止损坏后级电路，从而提升了电子产品的性能，降低了维护费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路设计领域，特别涉及一种数字输入电路。
背景技术
在工业应用中，大部分电子元件都对工作电压有着一定的要求，如果电压过低电子元件无法启动工作，而电压过高又会烧坏电子器件。数字电路常用的电压为3.3V或5V，外部传感器的工作电压可达到24V。传感器的信号要进入到内部数字电路，需要进行电平的转换，如果输入电压过高，则会损坏这些电子元件。现在一般会使用光电耦合器进行信号电平的转换，但是光耦器件有体积大、成本高、速度慢的缺点。因而现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种数字输入电路，能限制高压输入、防止损坏后级电路。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种数字输入电路，用于保护后级电路不被高压损坏，其包括：
用于提供偏置电流的偏置模块；
用于隔离高压输入所述数字输入电路的隔离模块；
用于限流的限流模块；
用于当输入电压高于预设电压时关闭的开关控制模块；
用于开关控制模块关闭时确保数字输入电路输出低电平的下拉模块；
用于滤除干扰信号的第一滤波模块和第二滤波模块；
所述隔离模块的一端为数字输入电路的输入端、通过偏置模块连接COM+供电端、也通过第二滤波模块接地，隔离模块的另一端通过所述限流模块连接开关控制模块的第一端和第一滤波模块的一端，所述第一滤波模块的另一端和开关控制模块的第二端连接VCC供电端，开关控制模块的第三端为数字输入电路的输出端、连接所述后级电路、还通过下拉模块接地。
所述的数字输入电路中，所述开关控制模块包括三极管和第一电阻，所述第一电阻的一端为开关控制模块的第一端、连接三极管的基极，第一电阻的另一端连接VCC供电端；所述三极管的发射集为开关控制模块的第二端、连接所述VCC供电端，所述三极管的集电极为开关控制模块的第三端。
所述的数字输入电路中，所述隔离模块包括二极管，所述限流模块包括第二电阻，所述第二电阻的一端连接三极管的基极和第一滤波模块的一端，第二电阻的另一端连接二极管的正极，所述二极管的负极为数字输入电路的输入端。
所述的数字输入电路中，所述第一滤波模块包括第一电容，所述第一电容的一端连接三极管的基极和第二电阻的一端，所述第一电容的另一端连接VCC供电端。
所述的数字输入电路中，所述第二滤波模块包括第二电容，所述第二电容的一端连接二极管的负极，第二电容的一端接地。
所述的数字输入电路中，所述偏置模块包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接COM+供电端，所述第三电阻的另一端连接二极管的负极。
所述的数字输入电路中，所述下拉模块包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接三极管的集电极，第四电阻的另一端接地。
所述的数字输入电路，还包括用于指示数字输入电路的工作状态的指示模块，所述开关控制模块的第三端还通过指示模块接地。
所述的数字输入电路中，所述指示模块包括LED和第五电阻，所述LED的正极连接所述三极管的集电极，所述LED的负极通过第五电阻接地。
相较于现有技术，本实用新型提供的数字输入电路包括：偏置模块、隔离模块、限流模块、开关控制模块、下拉模块、第一滤波模块和第二滤波模块，当输入电压高于预设电压时，由开关控制模块关闭数字输入电路的输出，并由隔离模块将外部高压隔离，防止损坏后级电路，从而提升了电子产品的性能，降低了维护费用。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的数字输入电路的电路图。
具体实施方式
本实用新型提供一种数字输入电路，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，本实用新型提供的数字输入电路包括：偏置模块10、隔离模块20、限流模块30、开关控制模块40、下拉模块50、第一滤波模块60和第二滤波模块70，所述隔离模块20的一端为数字输入电路的输入端、通过偏置模块10连接COM+供电端、也通过第二滤波模块70接地，隔离模块20的另一端通过所述限流模块30连接开关控制模块40的第一端和第一滤波模块60的一端，第一滤波模块60的另一端和开关控制模块40的第二端连接VCC供电端，开关控制模块40的第三端为数字输入电路的输出端、连接所述后级电路、还通过下拉模块50接地。
其中，第一滤波模块60和第二滤波模块70用于滤除干扰信号，具体用于滤除高频信号干扰。所述开关控制模块40用于当输入电压高于预设电压时关闭数字输入电路的输出，从而保护后级电路（如单片机），所述隔离模块20用于隔离高压输入所述数字输入电路。所述偏置模块10用于提供偏置电流，加强数字输入电路的抗干扰能力，限流模块30用于开关控制模块40的输入电流进行限流，防止开关控制模块40损坏。下拉模块50用于开关控制模块40关闭时确保数字输入电路输出低电平。本实施例中，所述高压为大于预设电压的电压。
请继续参阅图1，所述开关控制模块40包括三极管Q1和第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端为开关控制模块40的第一端、连接三极管Q1的基极，第一电阻R1的另一端连接VCC供电端；所述三极管Q1的发射集为开关控制模块40的第二端、连接所述VCC供电端，所述三极管Q1的集电极为开关控制模块40的第三端。所述三极管Q1为PNP三极管，所述第一电阻R1为三极管Q1的基极上拉电阻。
其中，所述三极管的型号为S8550，第一电阻的阻值为1-100千欧姆。当然，在其它实施例中，还可采用其它型号的NPN三极管，或者其它类型的开关管或组件来代替该PNP三极管，本实用新型对此不作限制。
三极管Q1可以提高抗干扰能力，以5V TTL电路为例，电气特征是：输入电压在0.8V为低电平，2.4V以上为高电平，当三极管Q1的基极为低电平时导通、高电平时截止。假定VCC供电端的电压为5V，当输入信号为0V时，如果传输线上产生了2V的干扰，若不使用三极管，则逻辑器件会出现误判断，现使用了三极管Q1，可有效判断，只要外部输入电压小于4V（典型）就会判断为低电平。
所述隔离模块20包括二极管D1，所述限流模块30包括第二电阻R2，所述二极管的型号为IN4148或者其它型号，第二电阻的阻值为1-100千欧姆。所述第二电阻R2的一端连接三极管Q1的基极和第一滤波模块60的一端，第二电阻R2的另一端连接二极管D1的正极，所述二极管D1的负极为数字输入电路的输入端。所述二极管D1为单向导通器件，当输入电压高于预设电压时，二极管D1截止。所述第二电阻R2为三极管Q1输入电阻，用于限制三极管Q1基极电流。
请继续参阅图1，所述第一滤波模块60包括第一电容C1，所述第一电容C1的一端连接VCC供电端，所述第一电容C1的另一端连接三极管Q1的基极和第二电阻R2的一端。
相应的，所述第二滤波模块70包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接二极管D1的负极，第二电容C2的一端接地。
其中，所述第一电容C1的容值为0.01-10uF，第二电容C2的容值为100-2000pF。输入信号先经第二电容C2进行输入滤波去掉高频信号后，再由所述第一电容C1滤除高频信号。
请继续参阅图1，所述偏置模块10包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端连接COM+供电端，所述第三电阻E3的另一端连接二极管D1的负极。所述下拉模块50包括第四电阻R4，所述第四电阻R4的一端连接三极管Q1的集电极，第四电阻R4的另一端接地。
其中，COM+供电端为外部电压电源，如24V、48V等。所述第三电阻R3的阻值为0.3-1千欧姆，用于提供偏置电流，加强电路的抗干扰能力。所述第四电阻R4的阻值为1-100千欧姆，用于保证三极管Q1截止时，三极管Q1输出低电平。
进一步的，数字输入电路还包括用于指示数字输入电路的工作状态的指示模块80，所述开关控制模块40的第三端还通过指示模块80接地。其中，所述指示模块80包括LED D2和第五电阻R5，所述LED D2的正极连接所述三极管Q1的集电极，所述LED D2的负极通过第五电阻R5接地。在数字输入电路低于预设电压时，该指示模块80启动，即三极管Q1导通时，所述LED D2点亮，三极管Q1截止时，LED D2熄灭。
为了更好的理解本实用新型，以下结合图1对本实用新型提供的数字输入电路进行详细说明：
当输入信号的电压低于预设电压时，三极管Q1导通，输入信号从图1中的IN处输入所述的数字输入电路，经第二电容C2滤波去除大部分高频干扰信号，再经二极管D1和第二电阻R2限流后，经第一电容C1滤波去除高频信号，稳定的信号通过三极管Q1的集电极输出，此时LED D2的正极为高电平而点亮。
当输入信号的电压高于预设电压时，三极管Q1截止，此时二极管D1也截止，二极管D1可靠阻止外部输入信号输入数字输入电路，所述第一电阻R1保证二极管D1截止时，三极管Q1可靠关闭，并且还对第一电容C1放电，迅速降低第一电容C1两端的电压。
上述分析可知，输入信号的电压为负允许最大值至正向允许最大值，输出为0~VCC，实现使外部高电压信号不进入逻辑区域，从而实现为电路的保护。
因此，输入信号高于VCC时，本电路输出信号为0V，输入信号低于VCC-Vb时，输出为VCC。其中，Vb为二级管和三级管的电压降，约为0.3V~1V。本实用新型通过三极管Q1实现输入信号有确定的辨别电平，使数字输入电路可靠的高低电平。本实用新型的数字输入电路可应用至输入0~24V，输出0~5V的数字电路中，并且可通过适当选择二极管D1、第三电阻R3和第二电容C2的规格，可使输入电压可以达到-100V~+100V。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种数字输入电路，用于保护后级电路不被高压损坏，其特征在于，包括：
用于提供偏置电流的偏置模块；
用于隔离高压输入所述数字输入电路的隔离模块；
用于限流的限流模块；
用于当输入电压高于预设电压时关闭的开关控制模块；
用于开关控制模块关闭时确保数字输入电路输出低电平的下拉模块；
用于滤除干扰信号的第一滤波模块和第二滤波模块；
所述隔离模块的一端为数字输入电路的输入端、通过偏置模块连接COM+供电端、也通过第二滤波模块接地，隔离模块的另一端通过所述限流模块连接开关控制模块的第一端和第一滤波模块的一端，所述第一滤波模块的另一端和开关控制模块的第二端连接VCC供电端，开关控制模块的第三端为数字输入电路的输出端、连接所述后级电路、还通过下拉模块接地。
2.根据权利要求1所述的数字输入电路，其特征在于，所述开关控制模块包括三极管和第一电阻，所述第一电阻的一端为开关控制模块的第一端、连接三极管的基极，第一电阻的另一端连接VCC供电端；所述三极管的发射集为开关控制模块的第二端、连接所述VCC供电端，所述三极管的集电极为开关控制模块的第三端。
3.根据权利要求2所述的数字输入电路，其特征在于，所述隔离模块包括二极管，所述限流模块包括第二电阻，所述第二电阻的一端连接三极管的基极和第一滤波模块的一端，第二电阻的另一端连接二极管的正极，所述二极管的负极为数字输入电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的数字输入电路，其特征在于，所述第一滤波模块包括第一电容，所述第一电容的一端连接三极管的基极和第二电阻的一端，所述第一电容的另一端连接VCC供电端。
5.根据权利要求4所述的数字输入电路，其特征在于，所述第二滤波模块包括第二电容，所述第二电容的一端连接二极管的负极，第二电容的一端接地。
6.根据权利要求5所述的数字输入电路，其特征在于，所述偏置模块包括第三电阻，所述第三电阻的一端连接COM+供电端，所述第三电阻的另一端连接二极管的负极。
7.根据权利要求6所述的数字输入电路，其特征在于，所述下拉模块包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接三极管的集电极，第四电阻的另一端接地。
8.根据权利要求6所述的数字输入电路，其特征在于，还包括用于指示数字输入电路的工作状态的指示模块，所述开关控制模块的第三端还通过指示模块接地。
9.根据权利要求8所述的数字输入电路，其特征在于，所述指示模块包括LED和第五电阻，所述LED的正极连接所述三极管的集电极，所述LED的负极通过第五电阻接地。
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| CN104834241A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-12 | 深圳市施美森科技有限公司 | 数字输入电路 |
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