CN210075196U - 一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路 - Google Patents

Abstract

一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其包括微分电容、微分电阻、反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路，所述反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器共同组成一个滞回比较器。本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，再利用运算放大器和电阻构成一个滞回比较器，将脉冲信号还原成数字信号，实现数字信号的隔离传输，该电路结构简单，使用效果好。

Description

一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路

技术领域

本实用新型涉及数字信号传输技术领域。

背景技术

在通信设备或者通信系统里经常都会用到数字信号进行通信或者监控系统运行状态。但是有时两台设备间不共地，甚至同一台设备里不同模块间也不能共地，这样一来两个设备间或者两个模块间就会有不确定的电势差，如果将他们直接相连就可能会干扰他们的正常运行，造成通信故障，甚至烧坏机器。为解决这一问题，通常会将需要传输的数字信号进行电气隔离后再传输，这样一来就解决了共模干扰的问题，也能正常通信。

现有技术公开了一种基于光电耦合器的数字量隔离电路(申请号：201420194386.X)，该实用新型公开了一种基于光电耦合器的数字量隔离模块，包含第一直流电源、数字量输入接插件、电阻RN、光电耦合器GN、数字量输出接插件和第二直流电源；第一直流电源的正极输出端与数字量输入接插件电源端连接；数字量输入接插件的各输出引脚通过对应的电阻RN连接至其对应的光电耦合器GN的一个输入引脚，第一直流电源的负极输出端分别连接到GN 的另一个输入引脚，二者为GN提供输入信号；第二直流电源的正极输出端连接至各个GN的一个输出引脚，为GN提供输出端反向偏置电压，GN的另一个输出引脚连接至数字量输出接插件对应的输入引脚。

为解决数字信号的隔离传输问题，现有技术常采用光电耦合器或者磁耦器来形成隔离，这种做法虽然可行，但是光电耦合器或者磁耦器价格较高，尤其是有很多路信号需要隔离传输时，如果都使用光电耦合器或者磁耦器进行隔离，成本将会很高。模拟电路中常用电容来隔离直流信号传输交流信号，但是电容只能传输交流信号，不能直接用电容来进行数字信号的隔离传输。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，该电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，再利用运算放大器和电阻构成一个滞回比较器，将脉冲信号还原成数字信号，实现数字信号的隔离传输，该电路结构简单，使用效果好且成本低。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容、微分电阻，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和同向电阻第一端相连所述微分电阻的第二端接第二信号地，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路；所述数字信号隔离传输电路还包括反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器，所述同向电阻第一端和所述的微分电容的第二端与微分电阻的第一端相连，所述同向电阻第二端、反馈电阻第一端和运算放大器的同相输入端相连接，所述运算放大器的反向输入端相与反向电阻的第一端连接，所述反向电阻的第二端接第二信号地，所述运算放大器的输出端与反馈电阻第二端和信号输出端相连接，所述反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器共同组成一个滞回比较器。

进一步，电路输入的数字信号高电平时电压为Vih，低电平时电压为0V，所述滞回比较器向下跳变阈值为VT-、向上跳变阈值为VT+，调节调节电阻的阻值使0V＜VT+＜Vih，同时-Vih＜VT-＜0V。

进一步，微分电阻R1的阻值远小于正向电阻、反馈电阻和反向电阻的阻值。这样，当信号输入端无信号输入时，无论运算放大器输出高电平还是低电平微分电阻两端电压均约为0V。

进一步，所述微分电阻的第二端还连接有滤波电容，所述滤波电容的另一端接第一信号地。所述滤波电容的设置，为脉冲信号提供了信号回流路径。

当输入的数字信号发生电平跳变时，RC微分电路就会将数字信号转变为脉冲信号输出。当脉冲信号大于滞回比较器输入端向上跳变的阈值时，滞回比较器将输出高电平；当脉冲信号小于滞回比较器输入端向下跳变的阈值时，滞回比较器将输出低电平；没有脉冲信号时滞回比较器将保持当前的输出状态不变。

当输入的数字信号由低电平0V变为高电平Vih时，在电平跳变的瞬间由于微分电容和滤波电容两端的电压不能突变，电容相当于短路，所以微分电阻的第一端相对接地端将产生一个幅度为Vih的向上的脉冲信号，因为Vih＞ VT+，此时运算放大器将输出高电平。之后微分电容和滤波电容充满电后相当于断路，微分电阻两端电压又降到0V，介于向下跳变阈值“VT-”和向上跳变阈值“VT+”之间，运算放大器将会一直输出高电平。

相反的，在输入的数字信号由高电平Vih变为低电平0V的瞬间，由于微分电容和滤波电容两端的电压不能突变，所以微分电阻的一端相对接地端将产生一个幅度为-Vih的向下的脉冲信号，因为-Vih＜VT-＜0V此时运算放大器将输出低电平。之后微分电容和滤波电容放完电后相当于断路，微分电阻两端电压又回到0V，介于向下跳变阈值VT-和向上跳变阈值VT+之间，运算放大器将会一直输出低电平，直到输入的数字信号由低电平0V变为高电平Vih。

本实用新型的优势在于，本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，再利用运算放大器和电阻构成一个滞回比较器，将脉冲信号还原成数字信号，实现数字信号的隔离传输，该电路结构简单，使用效果好，与使用光耦器件或者磁耦器件相比，使用本电路成本将会大大降低，尤其是在多路数字信号需要隔离传输的系统中。

附图说明

图1是本实用新型一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路的电路原理图。

图2是本实用新型一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路的数字信号输入的信号波形图。

图3是本实用新型一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路的微分电容输出信号波形图。

图4是本实用新型一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路的运算放大器输出信号波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1-4。

一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容C1、微分电阻R1，所述微分电容C1的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容C1的第二端与微分电阻R1的第一端相连，所述微分电阻R1的第二端接第二信号地，所述微分电容C1和微分电阻R1组成一个RC微分电路；所述数字信号隔离传输电路还包括反向电阻R4、同向电阻R2、反馈电阻R3 和运算放大器U1，所述同向电阻R2第一端和所述的微分电容C1的第二端与微分电阻R1的第一端相连，所述同向电阻R2第二端、反馈电阻R3第一端和运算放大器U1的同相输入端相连接，所述运算放大器U1的反向输入端相与反向电阻R4的第一端连接，所述反向电阻R4的第二端接第二信号地，所述运算放大器U1的输出端与反馈电阻R3第二端和信号输出端相连接。所述反向电阻 R4、同向电阻R2、反馈电阻R3和运算放大器U1共同组成一个滞回比较器。

进一步，电路输入的数字信号高电平时电压为Vih，低电平时电压为0V，所述滞回比较器向下跳变阈值为VT-、向上跳变阈值为VT+，调节调节电阻的阻值使0V＜VT+＜Vih，同时-Vih＜VT-＜0V。

进一步，微分电阻R1的阻值远小于正向电阻R2、反馈电阻R3和反向电阻R4的阻值。这样，当信号输入端无信号输入时，无论运算放大器输出高电平还是低电平微分电阻R1两端电压均约为0V。

进一步，所述微分电阻R1的第二端还连接有滤波电容C2，所述滤波电容 C2的另一端接地GND_1。所述滤波电容C2的设置，为脉冲信号提供了信号回流路径。

当输入的数字信号发生电平跳变时，RC微分电路就会将数字信号转变为脉冲信号输出。当脉冲信号大于滞回比较器输入端向上跳变的阈值时，滞回比较器将输出高电平；当脉冲信号小于滞回比较器输入端向下跳变的阈值时，滞回比较器将输出低电平；没有脉冲信号时滞回比较器将保持当前的输出状态不变。

当输入的数字信号由低电平0V变为高电平Vih时，在电平跳变的瞬间由于微分电容C1和滤波电容C2两端的电压不能突变，电容相当于短路，所以微分电阻R1的一端相对接地端GND_2将产生一个幅度为Vih的向上的脉冲信号，因为Vih＞VT+，此时运算放大器U1将输出高电平。之后微分电容C1和滤波电容C2充满电后相当于断路，微分电阻R1两端电压又降到0V，介于向下跳变阈值“VT-”和向上跳变阈值“VT+”之间，运算放大器U1将会一直输出高电平。

相反的，在输入的数字信号由高电平Vih变为低电平0V的瞬间，由于微分电容C1和滤波电容C2两端的电压不能突变，所以微分电阻R1的一端相对接地端GND_2将产生一个幅度为-Vih的向下的脉冲信号，因为-Vih＜VT-＜ 0V，此时运算放大器U1将输出低电平。之后微分电容C1和滤波电容C2放完电后相当于断路，微分电阻R1两端电压又回到0V，介于向下跳变阈值VT-和向上跳变阈值VT+之间，运算放大器U1将会一直输出低电平，直到输入的数字信号由低电平0V变为高电平Vih。

本实用新型的优势在于，本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，再利用运算放大器和电阻构成一个滞回比较器，将脉冲信号还原成数字信号，实现数字信号的隔离传输，该电路结构简单，使用效果好，与使用光耦器件或者磁耦器件相比，使用本电路成本将会大大降低，尤其是在多路数字信号需要隔离传输的系统中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容、微分电阻，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和同向电阻第一端相连所述微分电阻的第二端接第二信号地，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路；

所述数字信号隔离传输电路还包括反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器，所述同向电阻第一端、微分电容的第二端与微分电阻的第一端相连，所述同向电阻第二端、反馈电阻第一端和运算放大器的同相输入端相连接，所述运算放大器的反向输入端相与反向电阻的第一端连接，所述反向电阻的第二端接第二信号地，所述运算放大器的输出端与反馈电阻第二端和信号输出端相连接，所述反向电阻、同向电阻、反馈电阻和运算放大器共同组成一个滞回比较器。

2.如权利要求1所述的一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于电路输入的数字信号高电平时电压为Vih，低电平时电压为0V，所述滞回比较器向下跳变阈值为VT-、向上跳变阈值为VT+，调节调节电阻的阻值使0V＜VT+＜Vih，同时-Vih＜VT-＜0V。

3.如权利要求1所述的一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于所述微分电阻的阻值远小于正向电阻、反馈电阻和反向电阻的阻值。

4.如权利要求1所述的一种基于电容和运算放大器的数字信号隔离传输电路，其特征在于所述微分电阻的第二端还连接有滤波电容，所述滤波电容的另一端接第一信号地。

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