CN209201076U

CN209201076U - 一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路

Info

Publication number: CN209201076U
Application number: CN201821500834.9U
Authority: CN
Inventors: 汪明; 倪东波; 许钢灿
Original assignee: 715th Research Institute of CSIC
Current assignee: 715th Research Institute of CSIC
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2028-09-13

Abstract

本实用新型公开了一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，主要由多通道网络变压器构成的多通道数模差分信号的隔离传输电路，是设置在主控信号源与发射功放之间驱动信号隔离传输电路。其中，所述多通道网络变压器，基于网络信号传输的网络变压器；所述多通道数模差分信号的隔离传输电路，用于对差分数字或模拟信号的隔离传输。本实用新型的有益效果为：可降低电源功耗，减少器件数量，提高电路集成度。参考网络信号隔离传输电路，把用于传输网络信号的网络变压器，用于传输中低频数字信号的用法，具有开创意义，且对模拟信号同样适用。其降低了电源功耗，缩小了印制板规模。对通道数较多的鱼探仪设备小型化提供了可靠保证。

Description

一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路

技术领域

本实用新型涉及主动探测声纳领域主控信号源与发射功放之间驱动信号的隔离传输，主要是一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路。

背景技术

主动探测声纳中主控信号源给发射功放的驱动信号往往需要一个电平隔离，以保护主控芯片。目前广泛使用的隔离芯片为光耦隔离，单片光耦隔离一般不超过2对信号隔离传输，且需加限流电阻、上拉电阻等。对于通道数较多的驱动信号，需增加很多光耦隔离器，且需引入很多电阻电容，电阻的引入直接增加了电源功耗，且上拉电阻越大，传输信号频带越窄。对于通道数较多、集成度较高的小型鱼探仪设备，任何环节的增加都会增加体积重量，不利于系统集成度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，在主控信号源与发射功放之间驱动信号隔离传输电路，可降低电源功耗，减少器件数量，提高电路集成度，对多通道低功耗信号隔离传输具有参考意义。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，主要由多通道网络变压器构成的多通道数模差分信号的隔离传输电路，是设置在主控信号源与发射功放之间驱动信号隔离传输电路。其中，所述多通道网络变压器，基于网络信号传输的网络变压器；所述多通道数模差分信号的隔离传输电路，用于对差分数字或模拟信号的隔离传输。

所述的多通道网络变压器，内部输入端为一个差模变压器，输出端为一个共模电感，信号经网络变压器差模耦合线圈耦合滤波以增强信号，并经共模电感输出。

所述的数模差分信号是基于中低频数字或模拟信号。

所述的多通道指传输信号路数较多。

本实用新型的有益效果为：本实用新型设计了一种隔离传输电路，减少了器件数量，降低了供电能耗，缩小了印制板规模。该电路用网络变压器代替光耦隔离器，一片网络变压器芯片可传输8对差分信号，可替代8-16片光耦隔离器，从而减少了器件数量，缩小了印制板规模，简化了隔离电路设计，降低了供电能耗，同时可缩小电源模块体积，提高系统集成度。

附图说明

图1为本实用新型的网络变压器内部结构示意图。

图2是本实用新型的电路图；

图3是网络变压器仿真图1；

图4是网络变压器仿真图2；

图5是网络变压器仿真图3；

图6是幅频仿真电路；

图7是幅频特性曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

本实用新型参考网络信号隔离传输，把用于传输网络信号的网络变压器，用于传输中低频数字信号的用法，具有开创意义，且对模拟信号同样适用。主要由多通道网络变压器构成的多通道数模差分信号的隔离传输电路，其中，所述多通道网络变压器，基于网络信号传输的网络变压器；所述多通道数模差分信号的隔离传输电路，用于对差分数字或模拟信号的隔离传输。

网络变压器内部结构如图1所示，输入端为TD+(RD+)和TD-(RD-)，输出端为TX+(RX+)和TX-(RX-)，初级端中心抽头CT，次级端中心抽头CMGND。同一组TD和RD差分对的中心抽头CT接在一起，TX和RX中心抽头CMGND接在一起。由于传输信号是电压驱动，因此中心抽头CT端接输入信号电源正，以提供差分线上共模噪声的低阻抗回流路径，降低线缆上共模电流和共模电压(环境条件良好时，此中心抽头也可不接)，中心抽头CMGND端接一个电容到输出信号地。网络变压器输入端为一个差模变压器，输出端为一个共模电感，变比都为1：1。信号经网络变压器差模耦合线圈耦合滤波以增强信号，并经共模电感输出，此变压器内部结构本身就相当于一个简化的滤波器电路，具体电路如图2所示。

此外，网络变压器本身就是设计为耐2kV-3kV的电压的，也起到防雷保护作用，远大于小信号对隔离电压的需求。

1、传输速率对比

网络变压器一般安装在网卡的输入端附近，其信号传输速率至少100Mbps，高速光耦其传输速率最多在25Mbps。因此，网络变压器信号传输速率比光耦快4倍以上。

2、功耗对比

网络变压器内部组成都是感性元件，且驱动电流很小，几乎不消耗能量，其输入端外接的电阻为阻抗匹配电阻，因此网络变压器隔离电路功耗很小，可忽略不计。但光耦隔离器输入输出均需增加电阻，电阻会产生热损耗。因此，光耦隔离电路功耗包括光耦输入端功耗和输出端功耗。

光耦输入端功耗包括电阻热耗及光敏器件功耗，其总的输入功耗为：P₁＝N*VCC*I。其中N为通道数，VCC为输入信号电源电压，I为光耦输入电流，其一般在5-10mA之间较合适。

光耦输出端功耗为：P₂＝N*VDD^²/R，其中N为通道数，VDD为输出信号电源电压，R为上拉电阻。普通光耦R值一般在1kΩ左右,高速光耦R值一般取几十kΩ。

以实际项目为例，ASS-1通道数为256路，每路信号均为差分信号，因此，总的信号数为512路。正常工作状态下，差分信号对经过光耦时，每次均有一路输入和一路输出产生功耗。按最小功耗计算，VCC＝3.3V，I＝5*10^-3A，VDD＝5V，R＝20kΩ，N＝256，则采用高速光耦隔离产生的功耗为P₁＝4.2W，P₂＝0.32W，功耗主要集中在光耦输入端，且远大于隔离变压器产生的损耗。因此，用网络变压器代替光耦，可减少器件数量，降低供电电源能耗，缩小电源规模。

3、实验仿真

用Multisim12对网络变压器进行波形及相位仿真，如图3所示。

输入方波信号V_P-P＝4V，频率30kHz,观察示波器输出，如图4所示；改变输入信号频率为1MHz,观察示波器输出，如图5所示。

从图4、5中可看出理想状态下输出信号几乎无衰减及延时。

对网络变压器进行幅频特性仿真，如图6所示。

从1kHz到1GHz,幅频特性曲线如图7所示。

4、试验结果

在实验室条件下，对两种不同的隔离电路进行测试比较。信号源输入相同幅度的信号，通过调整信号源频率参数，观察隔离电路输出信号波形及供电电源电流输出值。光耦隔离电路中，上拉电阻越大，电源输出电流越小，但信号频带越窄(对于高速光耦，频带都比较宽，可忽略，其功耗主要体现在光耦输入端)。网络变压器隔离电路中，频率越低，信号幅度衰减越大。信号频率在100kHz以上时，信号幅度几乎无衰减；信号频率在30kHz时，3V电平信号大概衰减0.6V，其在数字电平信号可接受范围内；继续降低输入信号频率，10kHz时信号衰减至0.2V左右，达到后级器件对差分信号电压差最低要求范围。建议使用条件在10kHz以上，10kHz以下需重新设计验证。另外，在相同工作频率条件下，比较网络变压器隔离电路和高速光耦隔离电路信号传输延时时间差，如表1所示。

表1两种隔离电路传输延时对比

因此，对于多通道传输，网络变压器隔离电路比光耦隔离电路更具优势。

通过举一反三，把此网络变压器应用于模拟信号隔离传输，同样具有参考意义。

综上所述，采用网络变压器隔离电路比光耦隔离电路传输速率更快、功耗更小、相位一致性更好。对于多通道信号传输，其减少了器件数量，缩小了印制板规模，且降低了电源能耗，缩小供电电源体积。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，其特征在于：主要由多通道网络变压器构成的多通道数模差分信号的隔离传输电路，设置在主控信号源与发射功放之间，其中，所述多通道网络变压器，基于网络信号传输的网络变压器；所述多通道数模差分信号的隔离传输电路，用于对差分数字或模拟信号的隔离传输。

2.根据权利要求1所述的基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，其特征在于：所述的多通道网络变压器，内部输入端为一个差模变压器，输出端为一个共模电感，信号经网络变压器差模耦合线圈耦合滤波以增强信号，并经共模电感输出。

3.根据权利要求1所述的基于网络变压器的多通道信号隔离传输电路，其特征在于：所述的数模差分信号是基于中低频数字或模拟信号。