CN217935580U - 脉冲信号输出电路及电子计量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种脉冲信号输出电路及电子计量装置。该电路包括稳压电路模块以及依次连接的限流电路模块、信号隔离电路模块和开关电路模块；所述开关电路模块还连接所述稳压电路模块；所述限流电路模块用于对输入的控制信号进行电流限流，输出限流后的信号；所述信号隔离电路模块用于接收所述限流后的信号，并在所述限流后的信号达到预设条件的情况下导通；所述开关电路模块用于在所述信号隔离电路模块导通的情况下导通，输出脉冲信号；所述稳压电路模块用于对所述开关电路模块所输出的脉冲信号进行稳压。本申请的脉冲信号输出电路，能够对输出的脉冲电压信号产生稳压作用，从而提高了脉冲输出信号的稳定性，输出的脉冲信号具有较高的信号质量。

Description

脉冲信号输出电路及电子计量装置

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种脉冲信号输出电路及电子计量装置。

背景技术

目前的数据采集器、流量计等电子计量装置中，大部分使用脉冲信号作为流量数据的输出，接收流量数据的外部电子设备也普遍采用采集脉冲信号的方式进行数据采集，进而对输出的脉冲信号的稳定性和可靠性提出了更高的要求，脉冲信号质量的好坏直接影响到流量数据的准确性与否。现有技术的脉冲信号输出电路所能够提供的脉冲信号质量欠佳，不能很好地满足实际应用的需要，因此，实现一种能够提供较高质量的脉冲信号的电路是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种脉冲信号输出电路及电子计量装置。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种脉冲信号输出电路，包括稳压电路模块以及依次连接的限流电路模块、信号隔离电路模块和开关电路模块；所述开关电路模块还连接所述稳压电路模块；

所述限流电路模块用于对输入的控制信号进行电流限流，输出限流后的信号；

所述信号隔离电路模块用于接收所述限流后的信号，并在所述限流后的信号达到预设条件的情况下导通；

所述开关电路模块用于在所述信号隔离电路模块导通的情况下导通，输出脉冲信号；

所述稳压电路模块用于对所述开关电路模块所输出的脉冲信号进行稳压。

在本申请的一些实施例中，所述脉冲信号输出电路还包括滤波电路模块，所述滤波电路模块用于对输入所述开关电路模块的外部电压进行滤波。

在本申请的一些实施例中，所述脉冲信号输出电路还包括反相器电路模块；所述反相器电路模块与所述限流电路模块相连接；

所述反相器电路模块用于对外部输入的脉冲宽度调制信号进行降功耗处理和去噪处理，得到所述控制信号。

在本申请的一些实施例中，所述脉冲信号输出电路还包括防反流电路模块；所述防反流电路模块还与所述稳压电路模块相连接；

所述防反流电路模块用于防止所述开关电路模块所输出的脉冲信号反流。

在本申请的一些实施例中，所述脉冲信号输出电路还包括负载匹配电路模块；所述负载匹配电路模块分别与所述开关电路模块和所述防反流电路模块相连接；

所述负载匹配电路模块用于调节所述开关电路模块所输出的脉冲信号。

在本申请的一些实施例中，所述稳压电路模块包括第一TVS管；所述限流电路模块包括第三电阻；所述信号隔离电路模块包括光电耦合器；所述开关电路模块包括第一PMOS管和第一电阻；所述第三电阻的第一端与所述光电耦合器的第二引脚相连接，所述光电耦合器的第一引脚用于连接外部电源，所述光电耦合器的第三引脚接地；所述电容的第一端、所述第一电阻的第一端和所述第一PMOS管的漏极连接到一起；所述光电耦合器的第四引脚连接所述第一电阻的第二端；所述第一TVS管的第一端与所述第一PMOS管的源极相连接；所述第一TVS管的第二端接地。

在本申请的一些实施例中，所述开关电路模块还包括第二电阻，所述光电耦合器的第四引脚通过所述第二电阻连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第一端连接所述光电耦合器的第四引脚，所述电容的第二端、所述第一电阻的第二端和所述第一PMOS管的栅极均连接到所述第二电阻的第二端。

在本申请的一些实施例中，所述反相器电路模块包括第二PMOS管和NMOS管；所述第二PMOS管的栅极与所述NMOS管的栅极互相连接；所述NMOS管的漏极和所述第二PMOS管的源极均与所述第三电阻的第二端相连接；所述第二PMOS管的漏极用于连接所述外部电源；所述NMOS管的源极接地。

在本申请的一些实施例中，所述开关电路模块还包括第二TVS管，所述第二TVS管与所述第一电阻并联；所述防反流电路模块包括防反二极管，所述第一TVS管的第一端通过所述防反二极管与所述第一PMOS管的源极相连接，所述防反二极管的正极端与所述第一PMOS管的源极相连接，所述防反二极管的负极端与所述第一TVS管的第一端相连接；所述负载匹配电路模块包括第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端均连接到所述第一PMOS管的源极；所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第二端均连接到所述防反二极管的正极端。

根据本申请实施例的另一个方面，提供一种电子计量装置，包括处理器以及上述任一项所述的脉冲信号输出电路；所述处理器与所述脉冲信号输出电路的输入端相连接；所述处理器用于产生输入所述脉冲信号输出电路的脉冲宽度调制信号。

本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例提供的脉冲信号输出电路，其稳压电路模块能够对输出的脉冲电压信号产生稳压作用，防止电压瞬变以及在受到外部干扰时发生电压突变，从而提高了脉冲输出信号的稳定性，输出的脉冲信号具有较高的信号质量。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了实施例一的一个实施方式的电路结构框图；

图2示出了实施例一的另一实施方式的电路结构框图；

图3示出了实施例一的一个实施方式的电路图；

图4示出了实施例二的电路结构框图；

图5示出了实施例二的一个实施方式的电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例一

参考图1所示，本实施例提供了一种脉冲信号输出电路，包括稳压电路模块以及依次连接的限流电路模块、信号隔离电路模块和开关电路模块；开关电路模块还连接稳压电路模块；限流电路模块用于对输入的控制信号进行电流限流，输出限流后的信号；信号隔离电路模块用于接收限流后的信号，并在限流后的信号达到预设条件的情况下导通；开关电路模块用于在信号隔离电路模块导通的情况下导通，输出脉冲信号；稳压电路模块用于对开关电路模块所输出的脉冲信号进行稳压。

如图2所示，在某些实施方式中，所述脉冲信号输出电路还包括滤波电路模块，开关电路模块与滤波电路模块相连接；滤波电路模块用于对输入开关电路模块的外部电压进行滤波。

如图3所示，本实施例的一个具体实施方式中，开关电路模块包括PMOS管Q1、电阻R3和电阻R4，信号隔离电路模块包括光电耦合器U1，滤波电路模块包括电容C1，稳压电路模块包括TVS管D3，限流电路模块包括电阻R5。R5的第二端连接到输入端input；R5的第一端与U1的引脚2相连接，U1的引脚1连接VDD，U1的引脚3接地，U1的引脚4连接R4的第一端；C1的第一端、R3的第一端和Q1的漏极均连接到VCC；C1的第二端、R3的第二端和Q1的栅极均连接到R4的第二端；D3的第一端连接到输出端output；D3的第二端接地；TVS管D3的第一端与PMOS管Q1的源极相连接，二者均连接到输出端output。输出端output用于连接脉冲接收处理装置。脉冲接收处理装置能够接收由输出端output输出的脉冲信号。U1的引脚1、引脚2、引脚3和引脚4也可以分别称为第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚。信号隔离电路模块还可以是能实现隔离效果的同等隔离电路，例如变压器隔离电路等电路。

VDD为电子计量装置(例如数据采集器、流量计等电子计量表具)的主控电路板上的电源所提供的电压，VCC为电子计量装置外部的电源所提供的电压，这两个电压是相互隔离的；脉冲输出信号的控制信号为由输入端input输入的PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，该PWM信号由电子计量装置内主控电路板上的单片机产生；脉冲接收处理装置为电子计量装置外部接收输出的脉冲信号的设备，该设备包含有用于接收并处理脉冲信号的脉冲信号接收处理电路，并且能够为电子计量装置上的脉冲信号输出电路提供供电电源VCC。单片机也可以替换为ARM芯片等处理器。

由输入端input输入的信号经过R5进入光电耦合器U1，此时光电耦合器U1内部的发光器件发光，使得光电耦合器内部的接收电路发生导通，从而使得R4的一端与GND1相连通。此时的VCC电压通过电阻R3、电阻R4和光电耦合器U1的接收端后到GND1形成回路，其中电阻R3、R4为分压电阻，使得PMOS管Q1的栅源之间电压满足其导通电压值，此时PMOS管Q1导通，将电源VCC传递到后端电路中。其中电容C1为滤波电容，滤除外界干扰，避免整个电路受到外部噪声的影响，提高了整个电路的抗干扰能力；C1还能够防止PMOS管Q1发生误导通。VCC电压经过PMOS管Q1后，经过输出端output输出，作用于脉冲接收处理装置，接收装置将此电压作为脉冲信号的高电平信号。TVS管D3对输出的脉冲电压信号进行稳压作用，防止电压瞬变以及在外部干扰时电压突变，提高了脉冲输出信号的稳定性，输出的脉冲信号具有较高的信号质量。

实施例二

参考图4所示，本实施例提供了一种脉冲信号输出电路，包括滤波电路模块、稳压电路模块、限流电路模块、信号隔离电路模块、开关电路模块、反相器电路模块、负载匹配电路模块和防反流电路模块；限流电路模块用于对输入的控制信号进行电流限流，输出限流后的信号；信号隔离电路模块用于接收限流后的信号，并在限流后的信号达到预设条件的情况下导通；开关电路模块用于在信号隔离电路模块导通的情况下导通，输出脉冲信号；滤波电路模块用于对输入开关电路模块的外部电压进行滤波；稳压电路模块用于对开关电路模块所输出的脉冲信号进行稳压。反相器电路模块与限流电路模块相连接；负载匹配电路模块分别与开关电路模块和防反流电路模块相连接；防反流电路模块与稳压电路模块相连接；反相器电路模块用于对外部输入的脉冲宽度调制信号进行降功耗处理和去噪处理，得到控制信号；负载匹配电路模块用于调节开关电路模块所输出的脉冲信号；防反流电路模块用于防止开关电路模块所输出的脉冲信号反流。

如图5所示，本实施例的一个具体实施方式中，负载匹配电路模块包括电阻R1和电阻R2，防反流电路模块包括防反二极管D1，反相器电路模块包括PMOS管Q2和NMOS管Q3；开关电路模块包括PMOS管Q1、TVS管D2、电阻R3和电阻R4，信号隔离电路模块包括光电耦合器U1，滤波电路模块包括电容C1，稳压电路模块包括TVS管D3，限流电路模块包括电阻R5。该电路中还包括保险丝F2。TVS管D2与电阻R3并联。Q2的栅极与Q3的栅极均连接到输入端input，Q3的源极接地，Q3的漏极和Q2的源极均与R5的第二端相连接；Q2的漏极连接VDD；R5的第一端与U1的引脚2相连接，U1的引脚1连接VDD，U1的引脚3接地，U1的引脚4连接R4的第一端；C1的第一端、R3的第一端、D2的第一端和Q1的漏极均连接到F2的第一端；F2的第二端连接VCC；C1的第二端、R3的第二端、D2的第二端和Q1的栅极均连接到R4的第二端；R1的第一端和R2的第一端均连接到Q1的源极；R1的第二端和R2的第二端均连接到D1的正极端；D1的正极端和D3的第一端均连接到输出端output；D3的第二端接地。输入端input用于接收来自外部的PWM信号。

VDD为电子计量装置的主控电路板上的电源所提供的电压，VCC为电子计量装置外部的电源所提供的电压，这两个电压是相互隔离的，VDD和VCC对应的地平面分别为GND和GND1；脉冲输出信号的输出控制信号为PWM信号，该PWM信号由电子计量装置内主控电路板上的单片机产生；脉冲接收处理装置为电子计量装置外部接收输出的脉冲信号的设备，该设备包含有脉冲信号接收处理电路，并且需为电子计量装置上的脉冲信号输出电路提供供电电源VCC。

当PWM信号(具有一定时间周期的高低电平方波信号)产生时，输入到由PMOS管Q2和NMOS管Q3组成的反相器电路(该反相器电路使得整个电路具有极高的输入阻抗、极低的静态功耗以及对噪声和干扰不敏感等优点)中，其中PMOS管Q2的源极接电源VDD，PMOS管Q2的漏极和NMOS管Q3的漏极相连，NMOS管Q3的源极接GND，Q2、Q3的栅极互相连接，PWM信号作为其驱动信号。

当PWM信号处于高电平时，PMOS管Q2的栅极电压为高电平，源极电压为VDD，此时栅源之间的电压值未达到PMOS管Q2的导通电压，所以PMOS管Q2不导通；此时NMOS管Q3的栅极电压为高电平，源极电压为零，栅源之间的电压值达到NMOS管Q3的导通电压，所以NMOS管Q3导通。Q3导通后，作为光电耦合器U1输入端的限流电阻R5与GND连接，使得VDD、光电耦合器内部发光器件、R5形成电路回路，此时光电耦合器内部发光器件发光，使得光电耦合器内部的接收电路发生导通，从而R4的一端与GND1相连。此时的VCC电压通过保险丝F2和电阻R3、电阻R4和光电耦合器U1的接收端后到GND1形成回路，其中电阻R3、R4为分压电阻，使得PMOS管Q1的栅源之间电压满足其导通电压值，此时PMOS管Q1导通，将电源VCC传递到后端电路中。其中电容C1为滤波电容，滤除外界干扰，防止PMOS管Q1发生误导通，D2为TVS管，将PMOS管Q1的栅源电压限制在一定的电压范围内，防止PMOS管Q1被高压击穿损坏。VCC电压经过PMOS管Q1后，通过负载匹配电阻R1、R2和防反二极管D1后作用于脉冲接收处理装置，脉冲接收处理装置将此电压作为脉冲信号的高电平信号。其中负载匹配电阻R1、R2可依据脉冲接收处理装置自身内阻情况进行灵活的电阻值搭配，进而使得脉冲信号的高电平值符合脉冲接收处理装置的要求；防反二极管D1主要是用于防止电流倒灌入前端电路，造成不必要的电路损坏；TVS管D3对输出的脉冲电压信号进行稳压作用，防止电压瞬变以及在外部干扰时电压突变；保险丝F2为电路提供过流保护功能。保险丝F2可以替换为一次性保险丝、自恢复保险丝或自恢复熔断器等电流过载熔断器件。

当PWM信号处于低电平时，PMOS管Q2的栅极电压为低电平，源极电压为VDD，此时栅源之间的电压值达到PMOS管Q2的导通电压，所以PMOS管Q2导通；此时NMOS管Q3的栅极电压为低电平，源极电压为零，栅源之间的电压值未达到NMOS管Q3的导通电压，所以NMOS管Q3不导通。Q2导通后，作为光电耦合器U1输入端的限流电阻R5与GND连接，使得VDD、光电耦合器内部发光器件、R5未形成电路回路，此时光电耦合器内部发光器件不发光，使得光电耦合器内部的接收电路不发生导通。此时的VCC电压通过保险丝F2和电阻R3、电阻R4和光电耦合器的接收端后未与GND1形成回路，VCC经过其中电阻R3、R4后，使得PMOS管Q1的栅源之间电压不满足其导通电压值，此时PMOS管Q1不导通，电源VCC与后端电路不连接，作用到脉冲接收处理装置的电压值为零，脉冲接收处理装置将此零电压作值为脉冲信号的低电平脉冲信号。

Q2、Q3能够增强电路系统的抗干扰性能。D2能够降低PMOS管Q1的栅极和源极之间被电压击穿的风险。R1、R2能够提高本电路匹配不同负载的能力，扩大本电路的适用范围。保险丝F2能够提供过流保护功能，能够避免在电路发生过流故障时PMOS管Q1被烧毁。D1能够降低外部负载对脉冲信号输出电路产生反灌的风险，避免造成电路故障。

实施例二的技术方案所能够达到的有益技术效果至少包括：

能够分别对脉冲控制信号和脉冲输出信号进行相应的信号隔离和防护，提升了脉冲输入信号的抗干扰性，增强了脉冲输出信号稳定性和较高的信号质量，并且最大程度地降低外部采集设备对仪表主板的损坏风险；PWM波控制波形在驱动隔离光电耦合器之前，先经过分立元器件搭建的反相器电路，使得电路具有极高的输入阻抗，极低的静态功耗以及对噪声和干扰不敏感等优点；对外供电源进行限流、稳压、防反等保护电路设计，使得电路系统更为稳定、可靠；对脉冲控制信号和脉冲输出信号采用隔离设计，最大程度地降低外部采集设备对仪表主板的干扰和损坏的风险；设计有负载匹配电阻，可根据不同的负载电阻值匹配不同的电阻组合，电路适用性更广；对PMOS管开关电路，设计分压电阻和电压抑制TVS管，保证了PMOS管开关电路的可靠性导通和预防过压击穿。

因此，本实施例的技术方案克服了现有技术中脉冲信号输出电路方案存在的以下缺陷：抗干扰能力弱，易受外部噪声及干扰的影响；存在脉冲信号电平不识别的风险，脉冲信号的低电平高于外部设备的低电平识别范围，造成误识别；外部采集设备对仪表主板存在损坏的风险，导致脉冲信号稳定性差，可靠性低。

实施例三

本实施例提供了一种电子计量装置，包括处理器以及上述任一实施方式中的脉冲信号输出电路；该处理器与该脉冲信号输出电路的输入端相连接；处理器用于产生输入该脉冲信号输出电路的脉冲宽度调制信号。优选地，该处理器为单片机。

需要说明的是：

以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脉冲信号输出电路，其特征在于，包括稳压电路模块以及依次连接的限流电路模块、信号隔离电路模块和开关电路模块；所述开关电路模块还连接所述稳压电路模块；

所述限流电路模块用于对输入的控制信号进行电流限流，输出限流后的信号；

所述信号隔离电路模块用于接收所述限流后的信号，并在所述限流后的信号达到预设条件的情况下导通；

所述开关电路模块用于在所述信号隔离电路模块导通的情况下导通，输出脉冲信号；

所述稳压电路模块用于对所述开关电路模块所输出的脉冲信号进行稳压。

2.根据权利要求1所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括滤波电路模块，所述滤波电路模块用于对输入所述开关电路模块的外部电压进行滤波。

3.根据权利要求1所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括反相器电路模块；所述反相器电路模块与所述限流电路模块相连接；

所述反相器电路模块用于对外部输入的脉冲宽度调制信号进行降功耗处理和去噪处理，得到所述控制信号。

4.根据权利要求2所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括防反流电路模块；所述防反流电路模块还与所述稳压电路模块相连接；

所述防反流电路模块用于防止所述开关电路模块所输出的脉冲信号反流。

5.根据权利要求4所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括负载匹配电路模块；所述负载匹配电路模块分别与所述开关电路模块和所述防反流电路模块相连接；

所述负载匹配电路模块用于调节所述开关电路模块所输出的脉冲信号。

6.根据权利要求4所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述稳压电路模块包括第一TVS管；所述限流电路模块包括第三电阻；所述信号隔离电路模块包括光电耦合器；所述开关电路模块包括第一PMOS管和第一电阻；所述滤波电路模块包括电容；所述第三电阻的第一端与所述光电耦合器的第二引脚相连接，所述光电耦合器的第一引脚用于连接外部电源，所述光电耦合器的第三引脚接地；所述电容的第一端、所述第一电阻的第一端和所述第一PMOS管的漏极连接到一起；所述光电耦合器的第四引脚连接所述第一电阻的第二端；所述第一TVS管的第一端与所述第一PMOS管的源极相连接；所述第一TVS管的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述开关电路模块还包括第二电阻，所述光电耦合器的第四引脚通过所述第二电阻连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第一端连接所述光电耦合器的第四引脚，所述电容的第二端、所述第一电阻的第二端和所述第一PMOS管的栅极均连接到所述第二电阻的第二端。

8.根据权利要求7所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括反相器电路模块；所述反相器电路模块包括第二PMOS管和NMOS管；所述第二PMOS管的栅极与所述NMOS管的栅极互相连接；所述NMOS管的漏极和所述第二PMOS管的源极均与所述第三电阻的第二端相连接；所述第二PMOS管的漏极用于连接所述外部电源；所述NMOS管的源极接地。

9.根据权利要求6所述的脉冲信号输出电路，其特征在于，所述脉冲信号输出电路还包括负载匹配电路模块；所述开关电路模块还包括第二TVS管，所述第二TVS管与所述第一电阻并联；所述防反流电路模块包括防反二极管，所述第一TVS管的第一端通过所述防反二极管与所述第一PMOS管的源极相连接，所述防反二极管的正极端与所述第一PMOS管的源极相连接，所述防反二极管的负极端与所述第一TVS管的第一端相连接；所述负载匹配电路模块包括第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端均连接到所述第一PMOS管的源极；所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第二端均连接到所述防反二极管的正极端。

10.一种电子计量装置，其特征在于，包括处理器以及权利要求1-9中任一项所述的脉冲信号输出电路；所述处理器与所述脉冲信号输出电路的输入端相连接；所述处理器用于产生输入所述脉冲信号输出电路的脉冲宽度调制信号。

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