CN207743689U - 脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置，所述脉冲信号保护电路涉及包括正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路，所述正负压检测电路在输入信号为负时将其导地，所述限流电路限制过大的电路通过电路，所述箝位电路将通过电路的信号电压值限制在预设值范围内，所述缓冲电路用于延缓脉冲信号的变化趋势，防止信号突变损坏后级电路。

Description

脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置。

背景技术

在工业应用场景或是实验研究过程中，脉冲信号是常用的信号。脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号(如正弦波)相比，波形之间在时间轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波(也就是方波)。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调制(PCM)，脉冲宽度调制(PWM)等等，还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。

在实际应用中，脉冲信号的电平变化极快，容易损坏电路，因此急需设计一种电路延缓脉冲信号电平的变化速度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置，以改善上述的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种脉冲信号保护电路，所述保护电路包括隔离电路、正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路；所述隔离电路的输入端用于接入输入信号，所述隔离电路的输出端与所述正负压检测电路电连接，所述隔离电路用于隔离输入信号与脉冲信号保护电路，防止输入信号损坏后级的脉冲信号保护电路；所述正负压检测电路的输入端与隔离电路的输出端电连接，所述正负压检测电路用于当输入信号为负压信号时将输入信号导地以保护芯片；所述限流电路的输入端与所述正负压检测电路的输出端电性连接，所述限流电路用于限制电流大于预设值的信号通过；所述箝位电路的输入端与所述限流电路的输出端电性连接，所述箝位电路用于将输入信号的电压值钳制在预设值以下；所述缓冲电路的输入端与所述箝位电路的输出端电性连接，所述缓冲电路用于延长脉冲信号的上升沿或下降沿，避免信号浪涌或信号突变损坏后级电路。

进一步地，所述正负压检测电路包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的一端用于接入输入信号，另一端接地，当所述输入信号为负时，输入信号通过所述瞬态抑制二极管导入地以保护后级电路。

进一步地，所述限流电路包括保险丝和第一电阻，所述保险丝的输入端与所述正负压检测电路的输出端电连接，所述保险丝的输出端与第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与箝位电路电连接。

进一步地，所述保险丝为可恢复保险丝。

进一步地，所述第一电阻的阻值不小于100千欧。

进一步地，所述箝位电路为二极管箝位保护电路，所述二极管箝位保护电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述限流电路的输出端电连接，所述第二二极管的阴极与所述限流电路的输出端电连接，第一二极管的阴极与外接电源电连接，所述第二二极管的阳极接地。

进一步地，所述脉冲信号保护电路包括信号输出端，所述信号输出端与所述缓冲电路连接，用于输出经处理后的信号至后级电路。

进一步地，所述缓冲电路包括第一电容以及第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述箝位电路的输出端电连接，所述第二电阻的第二端与所述信号输出端电连接，所述第一电容的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端电连接。

进一步地，所述第二电阻的阻值不小于20千欧。

一种脉冲信号输出装置，所述脉冲信号输出装置包括函数发生器以及脉冲信号保护电路，所述保护电路包括正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路；所述正负压检测电路的输入端用于接入输入信号，所述正负压检测电路用于当输入信号为负压信号时将输入信号导地以保护芯片；所述限流电路的输入端与所述正负压检测电路的输出端电性连接，所述限流电路用于限制电流大于预设值的信号通过；所述箝位电路的输入端与所述限流电路的输出端电性连接，所述箝位电路用于将输入信号的电压值钳制在预设值以下；所述缓冲电路的输入端与所述箝位电路的输出端电性连接，所述缓冲电路用于延长脉冲信号的上升沿或下降沿，避免信号浪涌或信号突变损坏后级电路；所述脉冲信号保护电路还包括信号输入端，所述信号输入端与所述函数发生器的输出端电连接。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置，所述脉冲信号保护电路包括正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路，所述正负压检测电路在输入信号为负时将其导地，所述限流电路限制过大的电路通过电路，所述箝位电路将通过电路的信号电压值限制在预设值范围内，所述缓冲电路用于延缓脉冲信号的变化趋势，防止信号突变损坏后级电路。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型所提供的一种脉冲信号保护电路示意框图。

图2示出了脉冲信号保护电路的电路连接示意图。

图3示出了脉冲信号保护电路的电路连接示意图。

图4示出了脉冲信号输出装置的示意图。

图标：100-脉冲信号保护电路；P1-信号输入端；110-正负压检测电路；P2-检测节点；D1-瞬态抑制二极管；120-隔离电路；130-限流电路；F-保险丝；R1-第一电阻；150-箝位电路；D2-第一二极管；D3-第二二极管；170-缓冲电路；C-第一电容；R2-第二电阻；P3-信号输出端；10-脉冲信号输出装置；200-函数发生器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本实施例提供了一种脉冲信号保护电路100，请参阅图1，图1示出了本实施例提供的脉冲信号保护电路100的示意框图。

脉冲信号保护电路100包括信号输入端P1、正负压检测电路110、隔离电路120、限流电路130、箝位电路150以及缓冲电路170以及信号输出端P3。

所述信号输入端P1、隔离电路120、正负压检测电路110、限流电路130、箝位电路150、缓冲电路170以及所述信号输出端P3依次电连接。

其中，所述信号输入端P1用于接入输入信号。可选地，于本实施例中，所述输入信号为脉冲信号，所述脉冲信号可以由函数发生器200输出，也可以由脉冲波形信号生成电路输出至所述信号输入端P1，本实施例对此不做限定。

请结合参阅图2和图3，所述隔离电路120的输入端与所述信号输入端P1电连接，所述隔离电路120的输出端与所述正负压检测电路110的输入端电连接。所述隔离电路120用于隔离输入信号和后级的保护电路。

隔离电路120包括电压跟随器，所述电压跟随器包括同相输入端、反相输入端以及输出端，所述电压跟随器的同相输入端与所述信号输入端P1电连接，所述电压跟随器的输出端与所述正负压检测电路110的输入端电连接，所述电压跟随器的反相输入端与所述电压跟随器的输出端之间通过反馈电阻电连接。

所述正负压检测电路110的输入端与所述信号输入端P1电连接形成检测节点P2，所述正负压检测电路110用于防止输入错误的信号，导致后级电路的芯片损坏。例如，在本实施例中，后级电路的芯片仅支持正压输入，当输入信号为电压值为负时，则会损坏芯片。因此，于本实施例中，若是所述脉冲信号包括负压时则会损坏芯片。可选地，于本实施例中，所述正负压检测电路110采用瞬态抑制二极管D1，例如SMBJ153A，瞬态抑制二极管D1(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。所述瞬态抑制二极管D1的一端与所述检测节点P2连接，另一端接地，当所述检测节点P2处的电信号为正，则所述电信号可以通过所述检测节点P2，当所述检测节点P2处的电信号为负时，所述电信号通过所述瞬态抑制二极管D1导入地，避免损坏后级电路。

需要注意的是，正负压检测电路110的具体电路连接方式并不限于此，本实施例所描述的方式仅仅是为了帮助理解而进行的举例，能够实现相同或相似功能的其余元器件，均属于本实用新型的保护范围之内。

限流电路130的输入端与正负压检测电路110的输出端电性连接，限流电路130用于限制输入信号的电流大小。当输入信号的电流大于预设值时，限流电路130限制其通过。

可选地，于本实施例中，所述限流电路130包括保险丝F和第一电阻R1。所述保险丝F的输入端与所述正负压检测电路110的输出端电性连接，所述保险丝F的输出端与第一电阻R1的第一端电性连接，所述第一电阻R1的第二端与箝位电路150电性连接。

所述保险丝F用于限制通过电路的信号的电流大小，当所述信号的电流大于预设值时，保险丝F熔断，电路不导通，从而起到了保护后级电路的效果。所述第一电阻R1用于分压，以保护后级电路中的电子元器件。

可选地，于本实施例中，所述保险丝F为可恢复保险丝F，可恢复保险丝F是由经过特殊处理的聚合树脂及分布在里面的导电粒子组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时的可恢复保险丝F为低阻状态，线路上流经可恢复保险丝F的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经可恢复保险丝F的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。

可选地，于本实施例中，所述第一电阻R1可以采用0805封装的电阻，第一电阻R1的阻值不小于100千欧，在本实施例中，所述第一电阻R1的阻值可以设置为110千欧。

所述箝位电路150用于限制通过电路的电信号的电压值，以使通过电路的电信号的电压值适配后级电路，防止信号的电压值过大损坏芯片。所述箝位电路150的输入端与所述限流电路130的输出端连接，具体地，所述箝位电路150的输入端与所述第一电阻R1的第二端电连接。

可选地，于本实施例中，所述箝位电路150可以使用二极管箝位保护电路，二极管箝位保护电路包括第一二极管D2和第二二极管D3。其中，第一二极管D2的阴极与外接电源VCC电连接，所述第一二极管D2的阳极与所述第一电阻R1的第二端电性连接，所述第二二极管D3的阴极与所述第一电阻R1的第二端电连接，所述第二二极管D3的阳极接地。

于本实施例中，所述二极管箝位保护电路由第一二极管D2和第二二极管D3反向并联组成，在二极管箝位保护电路中，同时只能有一个二极管导通，而另一个二极管处于截止状态。当第二二极管D3连接外接电源VCC时，可以将通过所述二极管箝位保护电路的电信号的电压值箝制小于VCC的电压值，则通过所述二极管箝位保护电路的电信号的电压值小于外接电源VCC的电压值。

于本实施例中，所述第二二极管D3的阴极连接外接电源VCC，所述VCC为5V，因此，通过所述二极管箝位保护电路的电压值小于5V。

于本实施例中，所述第一二极管D2和所述第二二极管D3可以选用相同的二极管，例如，BAV99LT1。

需要注意的是，于本实施例中，箝位电路150采用的是二极管箝位保护电路，但并不限于此，本实施例所列举的方案是进行辅助说明，并非对本实用新型的限制，具有相同或相似的结构，能够实现与本实施例相同或相似的效果的方案，均属于本实用新型的保护范围之内。

所述缓冲电路170的输入端与所述箝位电路150的输出端电性连接，缓冲电路170的输出端与所述信号输出端P3电性连接。所述缓冲电路170用于延长脉冲信号的上升沿或下降沿，避免信号浪涌或信号突变损坏后级电路。

对于本实用新型而言，输入信号为脉冲信号，例如方波信号，方波信号从低电平转换为高电平或从高电平转换为低电平的转换过程极快，这个突变的状态容易损坏后级电路，于本实施例中，所述缓冲电路170用于延缓这个电平上升或下降的过程，以保护后级电路。

可选地，所述缓冲电路170包括第一电容C以及第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端与所述箝位电路150的输出端电性连接，所述第二电阻R2的第二端与所述信号输出端P3电连接。所述第一电容C并连于所述第二电阻R2的两端，具体地，所述第一电容C的第一端与所述第二电阻R2的第一端电连接，所述第一电容C的第二端与所述第二电阻R2的第二端电连接。

于本实施例中，所述缓冲电路170的临界频率为其中，R是第二电阻R2的阻值，式中C是第一电容C的电容值。当输入信号频率小于f时，输入信号的总阻抗等于R；当输入信号频率大于f时总阻抗为电阻阻值并上电容容抗。当频率高到一定程度后缓冲电路170的总阻抗为0。

当输入信号由高至低转换或由低至高转换时，第一电容C能够延缓信号转换的速度，避免突发的电平转换损坏后级电路。缓冲电路170还可以滤除输入信号自身的毛刺等。

于本实施例中，所述第一电容C的阻值为1000pF，所述第二电阻R2的阻值不小于20千欧，于本实施例中，所述第二电阻R2的阻值为20千欧。

第二实施例

请参阅图4，本实施例提供了一种脉冲信号输出装置10，所述脉冲信号输出装置10包括函数发生器200以及第一实施例中所描述的脉冲信号保护电路100，所述脉冲信号保护电路100包括信号输入端P1，所述信号输入端P1与所述函数发生器200的输出端电连接。

综上所述，本实用新型提供了一种脉冲信号保护电路及脉冲信号输出装置，所述脉冲信号保护电路包括正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路，所述正负压检测电路在输入信号为负时将其导地，所述限流电路限制过大的电路通过电路，所述箝位电路将通过电路的信号电压值限制在预设值范围内，所述缓冲电路用于延缓脉冲信号的变化趋势，防止信号突变损坏后级电路，防止了芯片损坏，降低了电子电路的开发、维护成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲信号保护电路，其特征在于，所述保护电路包括隔离电路、正负压检测电路、限流电路、箝位电路以及缓冲电路；

所述隔离电路的输入端用于接入输入信号，所述隔离电路的输出端与所述正负压检测电路电连接，所述隔离电路用于隔离输入信号与脉冲信号保护电路，防止输入信号损坏后级的脉冲信号保护电路；

所述正负压检测电路的输入端与隔离电路的输出端电连接，所述正负压检测电路用于当输入信号为负压信号时将输入信号导地以保护芯片；

所述限流电路的输入端与所述正负压检测电路的输出端电性连接，所述限流电路用于限制电流大于预设值的信号通过；

所述箝位电路的输入端与所述限流电路的输出端电性连接，所述箝位电路用于将输入信号的电压值钳制在预设值以下；

所述缓冲电路的输入端与所述箝位电路的输出端电性连接，所述缓冲电路用于延长脉冲信号的上升沿或下降沿，避免信号浪涌或信号突变损坏后级电路。

2.如权利要求1所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述正负压检测电路包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的一端用于接入输入信号，另一端接地，当所述输入信号为负时，输入信号通过所述瞬态抑制二极管导入地以保护后级电路。

3.如权利要求1所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述限流电路包括保险丝和第一电阻，所述保险丝的输入端与所述正负压检测电路的输出端电连接，所述保险丝的输出端与第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与箝位电路电连接。

4.如权利要求3所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述保险丝为可恢复保险丝。

5.如权利要求4所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值不小于100千欧。

6.如权利要求1所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述箝位电路为二极管箝位保护电路，所述二极管箝位保护电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述限流电路的输出端电连接，所述第二二极管的阴极与所述限流电路的输出端电连接，第一二极管的阴极与外接电源电连接，所述第二二极管的阳极接地。

7.如权利要求1所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述脉冲信号保护电路包括信号输出端，所述信号输出端与所述缓冲电路连接，用于输出经处理后的信号至后级电路。

8.如权利要求7所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述缓冲电路包括第一电容以及第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述箝位电路的输出端电连接，所述第二电阻的第二端与所述信号输出端电连接，所述第一电容的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端电连接。

9.如权利要求8所述的脉冲信号保护电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值不小于20千欧。

10.一种脉冲信号输出装置，其特征在于，所述脉冲信号输出装置包括函数发生器以及如权利要求1～9任意一项所述的脉冲信号保护电路，所述脉冲信号保护电路包括信号输入端，所述信号输入端与所述函数发生器的输出端电连接。