CN209296794U - 电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路 - Google Patents
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Abstract
一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路：包括依次串联连接的信号预处理电路、采样与IF控制电路以及信号隔离输出电路，其中，所述的采样与IF控制电路包括电流模式DAC及校准通信接口，所述的采样与IF控制电路根据信号预处理电路传输的电压信号来控制电流模式DAC的输出，用于调节IF并将该IF输出至信号隔离输出电路，所述的信号隔离输出电路根据IF的输出变化来改变输出电压Vout，所述的输出电压Vout经外置仪表电路实时测量后，通过校准通信接口反馈给采样与IF控制电路，用于校准输出电压Vout的精度。可直接进行模拟信号隔离传输，以较低成本实现电压信号快速、精确的隔离传输。
Description
技术领域
本实用新型属于信号处理技术领域，具体涉及一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路。
背景技术
光耦是一种以光为媒介来传输电信号的器件，由发光器与受光器组成。发光器将电信号变换成光信号，受光器接收光信号后产生光电流，从而实现“电—光—电”转换。光耦在数字电路上获得了广泛的应用，其按传输特性可分为非线性光耦和线性光耦。非线性光耦主要用于数字或开关量传输，其电流传输比—正向工作电流(CTR-IF)特性曲线呈非线性，并且在正向工作电流(以下简称IF)较小时非线性失真严重，因此它不适合直接传输模拟信号；而线性光耦，其电流传输特性曲线基本符合线性变化，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制，可用于隔离传输模拟信号。
当把光耦的工作条件限定在CTR-IF线性区时，由于IF较小，因此仅需较小的IF变化即可使光耦的集电极产生比较明显的集电极电流IC的相关变动。此时，若光耦的发射极接入电阻，则该电阻会根据集电极电流IC的变化值，在两端产生相对应的输出电压VR。光耦的IF与该输出电压VR存在一定的线性相关性。在光耦的实际工作时，可通过施加一定的IF的方式来控制集电极电流IC的变化，进而控制光耦后级的输出电压VR以达到模拟信号隔离传输的目的。此种方式，能直接对模拟信号进行隔离传输，虽然具有传输速度快的优点，但仍存在传输精度低的问题，而存在上述问题的原因在于，线性光耦的CTR-IF特性曲线的线性度具有离散性和区间性，即同一型号的光耦的个体CTR-IF特性存在差异，当同一光耦的IF处于不同区间时，CTR-IF的线性关系也会发生变动。此时，若引入信号校准的方法，则可以很好地克服光耦因个体差异性而带来的传输精度低的问题。具体地，隔离输出的实际电压经仪表测量后反馈给光耦驱动控制电路，用以修正IF的输出参数，确保隔离传输的模拟电压的准确性。经验证，上述电路具有较好的响应速度，能克服传统光耦在模拟隔离应用的“模-数—模”变换时因传输有效位数及实际光耦传输数字信号延迟等限制而降低了模拟隔离信号实时跟踪速率的问题。
鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其能使用普通光耦来进行快速、准确的模拟信号隔离传输。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其特征在于：包括依次串联连接的信号预处理电路、采样与IF控制电路以及信号隔离输出电路，其中，所述的采样与IF控制电路包括电流模式DAC(英语全称:Digital to analogconverter，中文名称：数字模拟转换器)及校准通信接口，所述的信号预处理电路连接待隔离传输的模拟信号Vin,所述的采样与IF控制电路根据信号预处理电路传输的电压信号来控制电流模式DAC的输出，用于调节IF并将该IF输出至信号隔离输出电路，所述的信号隔离输出电路根据IF的输出变化来改变输出电压Vout，所述的输出电压Vout经外置仪表电路实时测量后，通过校准通信接口反馈给采样与IF控制电路，用于校准输出电压Vout的精度。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的信号预处理电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第一运算放大器U1，其中，所述的第一运算放大器U1采用SGM321，所述的第一电阻R1的一端连接待隔离传输的模拟信号Vin，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端以及第一运算放大器U1的1脚连接，第一运算放大器U1的3脚与4脚连接，并共同连接至所述的采样与IF控制电路，第一运算放大器U1的5脚与第一电容C1的一端共同连接直流电源VCC，第一电容C1的另一端、第二电阻R2的另一端以及第一运算放大器U1的2脚共同接地。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的采样与IF控制电路包括微控制器U2、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3、第四电阻R4、第一插座P1以及第二插座P2，其中，所述的微控制器U2采用C8051F330，第一插座P1为微控制器U2程序下载用的仿真调试接口，第二插座P2为校准异步串行通信接口，微控制器U2的4脚与第四电阻R4的一端以及第一插座P1的4脚连接，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端以及第三电容C3的一端连接，微控制器U2的5脚与第一插座P1的3脚连接，微控制器U2的15脚连接所述的信号预处理电路，微控制器U2的16脚连接第二插座P2的2脚，微控制器U2的17脚连接第二插座P2的1脚，微控制器U2的20脚连接所述的信号隔离输出电路，微控制器U2的3脚、第二电容C2的一端、第一插座P1的2脚以及第三电阻R3的另一端共同连接直流电源VDD，微控制器U2的2脚、第二电容C2的另一端、第一插座P1的1脚、第二插座P2的3脚以及第三电容C3的另一端共同接地。
在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的信号隔离输出电路包括光耦U3、第二运算放大器U4、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7，其中，所述的光耦U3采用LVT-217，所述的第二运算放大器U4采用SGM321，光耦U3的1脚连接所述的采样与IF控制电路，光耦U3的3脚与第七电阻R7的一端以及第二运算放大器U4的1脚连接，第二运算放大器U4的3脚与第六电阻R6的一端以及第五电阻R5的一端连接，第六电阻R6的另一端与第二运算放大器U4的4脚连接，并构成输出端，向外提供输出电压Vout，光耦U3的4脚、第二运算放大器U4的5脚以及第四电容C4的一端共同连接直流电源V+,光耦U3的2脚、第七电阻R7的另一端、第二运算放大器U4的2脚、第五电阻R5的另一端以及第四电容C4的另一端共同接地。
本实用新型通过微控制器内部的电流模式DAC来调节光耦的IF，由此来调节光耦受光器侧的输出电压，所述的输出电压进一步通过外置仪表对应的校准通信接口来校准输出精度，其与现有技术相比，具有的有益效果是：可直接进行模拟信号隔离传输，能够以较低的成本，实现电压信号快速、精确的隔离传输。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型所述的信号预处理电路的电连接原理图。
图3为本实用新型所述的采样与IF控制电路的电连接原理图。
图4为本实用新型所述的信号隔离输出电路的电连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
请参阅图1，本实用新型涉及一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，包括依次串联连接的信号预处理电路、采样与IF控制电路以及信号隔离输出电路，其中，所述的采样与IF控制电路包括电流模式DAC及校准通信接口。所述的信号预处理电路连接待隔离传输的模拟信号Vin,将模拟信号Vin按比例进行分压处理，然后经电压跟随送入采样与IF控制电路。所述的采样与IF控制电路对信号预处理电路传输的电压信号进行A/D转换，并根据转换得到的信号来控制电流模式DAC的输出，用于调节IF并将该IF输出至信号隔离输出电路，所述的信号隔离输出电路根据IF的输出变化来改变输出电压Vout。合理调节IF，可以限定光耦工作在CTR-IF线性区，此时光耦的集电极电流IC跟随IF变化，而集电极电流IC流过负载电阻后会产生相应的电压变化，由此就达到了隔离传输模拟信号的目的。所述的输出电压Vout经外置仪表电路实时测量后，可通过校准通信接口反馈给采样与IF控制电路，用以记录当前电流系数与隔离输出电压的关系，标定校准与待隔离传输的模拟信号Vin相对应的隔离后的输出电压Vout。当对模拟隔离信号完成全量程校准后，隔离输出信号就可以达到较好的输出精度。
请参阅图2，所述的信号预处理电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第一运算放大器U1，其中，所述的第一运算放大器U1采用SGM321。所述的第一电阻R1的一端构成为电路的输入端，用于连接待隔离传输的模拟信号VIN。第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电路，分压比例由第一电阻R1和第二电阻R2的阻值决定。第一运算放大器U1的3脚与4脚连接，并构成电路的输出端，接所述的采样与IF控制电路。第一电容C1作为第一运算放大器U1的电源高频旁路电容，用于滤除高频电源干扰。
请参阅图3，所述的采样与IF控制电路包括微控制器U2、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3、第四电阻R4、第一插座P1以及第二插座P2，其中，所述的微控制器U2采用C8051F330，其包括10位电流模式DAC。微控制器U2的15脚构成为电路的输入端，连接所述的信号预处理电路的输出信号，并通过该引脚进行A/D采样。微控制器U2的20脚构成为电路的电流输出端，即10位电流模式DAC输出端，用于连接所述的信号隔离输出电路。第二电容C2为微控制器U2的电源高频旁路电容；第三电阻R3与第三电容C3构成微控制器U2的上电复位电路；第四电阻R4用以减少复位电路对微控制器U2在下载仿真时的影响。第一插座P1为微控制器U2程序下载用的仿真调试接口；第二插座P2为校准通信接口，具体为校准异步串行通信接口，外置的仪表电路可以将测量信号经此接口，向微控制器U2反馈校准IF输出参数。
请参阅图4，所述的信号隔离输出电路包括光耦U3、第二运算放大器U4、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7，其中，所述的光耦U3采用LVT-217，所述的第二运算放大器U4采用SGM321。光耦U3的1脚构成为电路的输入端，连接所述的采样与IF控制电路中微控制器U2的20脚。光耦U3的受光器侧的电流流过第七电阻R7，在其两端产生一模拟电压，该电压被送入由第五电阻R5、第六电阻R6及第二运算放大器U4构成的同相比例放大电路，按比例输出最终的隔离输出电压Vout，放大倍数由第五电阻R5和第六电阻R6的阻值决定，具体的公式为：
Vout＝R2·(R5+R6)·K·Vin/(R1+R2)/R5，
其中，K为光耦U3的3脚相对隔离后级地的电压与送入微控制器U2的15脚的输入电压之比，是由微控制器U2、光耦U3及第七电阻R7共同确定的一常数，并由校准接口软件进行校准。
Claims (4)
1.一种电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其特征在于：包括依次串联连接的信号预处理电路、采样与IF控制电路以及信号隔离输出电路，其中，所述的采样与IF控制电路包括电流模式DAC及校准通信接口，所述的信号预处理电路连接待隔离传输的模拟信号Vin,所述的采样与IF控制电路根据信号预处理电路传输的电压信号来控制电流模式DAC的输出，用于调节IF并将该IF输出至信号隔离输出电路，所述的信号隔离输出电路根据IF的输出变化来改变输出电压Vout，所述的输出电压Vout经外置仪表电路实时测量后，通过校准通信接口反馈给采样与IF控制电路，用于校准输出电压Vout的精度。
2.根据权利要求1所述的电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其特征在于所述的信号预处理电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第一运算放大器U1，其中，所述的第一运算放大器U1采用SGM321，所述的第一电阻R1的一端连接待隔离传输的模拟信号Vin，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端以及第一运算放大器U1的1脚连接，第一运算放大器U1的3脚与4脚连接，并共同连接至所述的采样与IF控制电路，第一运算放大器U1的5脚与第一电容C1的一端共同连接直流电源VCC，第一电容C1的另一端、第二电阻R2的另一端以及第一运算放大器U1的2脚共同接地。
3.根据权利要求1所述的电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其特征在于所述的采样与IF控制电路包括微控制器U2、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3、第四电阻R4、第一插座P1以及第二插座P2，其中，所述的微控制器U2采用C8051F330，第一插座P1为微控制器U2程序下载用的仿真调试接口，第二插座P2为校准异步串行通信接口，微控制器U2的4脚与第四电阻R4的一端以及第一插座P1的4脚连接，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端以及第三电容C3的一端连接，微控制器U2的5脚与第一插座P1的3脚连接，微控制器U2的15脚连接所述的信号预处理电路，微控制器U2的16脚连接第二插座P2的2脚，微控制器U2的17脚连接第二插座P2的1脚，微控制器U2的20脚连接所述的信号隔离输出电路，微控制器U2的3脚、第二电容C2的一端、第一插座P1的2脚以及第三电阻R3的另一端共同连接直流电源VDD，微控制器U2的2脚、第二电容C2的另一端、第一插座P1的1脚、第二插座P2的3脚以及第三电容C3的另一端共同接地。
4.根据权利要求1所述的电流控制的模拟信号光耦隔离传输电路，其特征在于所述的信号隔离输出电路包括光耦U3、第二运算放大器U4、第四电容C4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7，其中，所述的光耦U3采用LVT-217，所述的第二运算放大器U4采用SGM321，光耦U3的1脚连接所述的采样与IF控制电路，光耦U3的3脚与第七电阻R7的一端以及第二运算放大器U4的1脚连接，第二运算放大器U4的3脚与第六电阻R6的一端以及第五电阻R5的一端连接，第六电阻R6的另一端与第二运算放大器U4的4脚连接，并构成输出端，向外提供输出电压Vout，光耦U3的4脚、第二运算放大器U4的5脚以及第四电容C4的一端共同连接直流电源V+,光耦U3的2脚、第七电阻R7的另一端、第二运算放大器U4的2脚、第五电阻R5的另一端以及第四电容C4的另一端共同接地。
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