CN219552254U - 一种同步信号隔离诊断电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及信号诊断的技术领域，尤其是涉及一种同步信号隔离诊断电路，其包括同步信号电压跟随电路、同步信号V‑I转换电路、光耦发光驱动电路和诊断信号I‑V转换电路，同步信号电压跟随电路用于接收同步信号以对同步信号进行电压跟随，同步信号V‑I转换电路连接于同步信号电压跟随电路以接收同步信号，并将同步信号的电压转换成电流，光耦发光驱动电路连接于同步信号V‑I转换电路以接收同步信号所对应的电流，并通过光耦转换为光电流信号，诊断信号I‑V转换电路连接于光耦发光驱动信号以接收光电流信号，并将光电流信号转换为相应的电压信号并进行输出。本申请具有提高对同步信号进行诊断的精准性的效果。

Description

一种同步信号隔离诊断电路

技术领域

本申请涉及信号诊断的技术领域，尤其是涉及一种同步信号隔离诊断电路。

背景技术

目前在对一些气体检测过程中，都会使用激光气体分析仪，激光气体分析仪本质上是一种光谱吸收技术，其通过分析激光被气体的选择性吸收来获取气体的浓度。激光气体分析仪通常分为发射单元和接收单元两部分，发射单元和接收单元之间需要传输同步信号，对信号的发射与接收进行同步。而同步信号的错乱会导致收发数据的错乱，也会导致气体浓度输出错误，所以从系统安全角度，必须对同步信号进行自诊断。

对于长光程的气体检测和户外需求的气体检测，同步信号传输都不可避免的需要进行长距离的户外传输，而现场环境极为复杂，这就导致极易受到雷电或其他电磁和静电干扰，故对于同步信号和诊断电路必须进行隔离，以防止环境干扰对主控制系统造成影响或损坏。

相关技术中普遍使用光电耦合器作为信号隔离电路，因其具有体积小、寿命长、无触点、隔离耐压高、抗干扰能力强等优点，其通过将输入端加电信号时光耦的发光器发出光线，受光器接收光线后产生光电流，并从输出端流出，从而实现“电-光-电”的转换，以光为介质将输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，从而实现信号的隔离。

但因为光耦器件本身的性能差异，其存在非线性、零点漂移等问题，故相关技术中的信号隔离电路存在输出信号较大失真的问题，导致无法对同步信号进行精准的诊断。

实用新型内容

为了提高对同步信号进行诊断的精准性，本申请提供一种同步信号隔离诊断电路。

本申请提供的一种同步信号隔离诊断电路，采用如下的技术方案：

一种同步信号隔离诊断电路，包括同步信号电压跟随电路、同步信号V-I转换电路、光耦发光驱动电路和诊断信号I-V转换电路，所述同步信号电压跟随电路用于接收同步信号以对所述同步信号进行电压跟随，所述同步信号V-I转换电路连接于所述同步信号电压跟随电路以接收同步信号，并将同步信号的电压转换成电流，所述光耦发光驱动电路连接于所述同步信号V-I转换电路以接收同步信号所对应的电流，并通过光耦转换为光电流信号，所述诊断信号I-V转换电路连接于所述光耦发光驱动信号以接收所述光电流信号，并将光电流信号转换为相应的电压信号并进行输出。

优选的，所述同步信号电压跟随电路1包括第一电阻R1和第一运算放大器U1，所述第一运算放大器的正向输入端用于接收同步信号，所述第一电阻R1一端连接于所述第一运算放大器U1的反向输入端，另一端连接于所述第一运算放大器U1的输出端，所述第一运算放大器U1的输出端连接于所述同步信号V-I转换电路。

优选的，所述同步信号电压跟随电路1还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2一端用于接收同步信号，另一端连接于所述第一运算放大器U1的同相输入端。

优选的，所述同步信号电压跟随电路1还包括是双向二极管D1，所述双向二极管D1一端连接于所述第二电阻R2和所述第一运算放大器U1的同相输入端之间。

优选的，所述同步信号V-I转换电路包括第三电阻R3和第一光耦受电端PD1，所述第三电阻R3一端连接于所述第一运算放大器U1的输出端，另一端连接于第一光耦受电端PD1的正极，所述第一光耦受电端PD1的负极接地。

优选的，所述光耦发光驱动电路包括第二运算放大器U2和光电耦合器U3，所述第二运算放大器U2的同向输入端接地，所述第二运算放大器U2的反向输入端连接于第三电阻R3，所述第二运算放大器U2的输出端连接于所述光电耦合器U3的正极，所述光电耦合器U3连接于所述第一光耦受电端PD1。

优选的，所述光耦发光驱动电路还包括第四电阻R4，所述第四电阻R4一端连接于所述第二运算放大器U2的输出端，另一端连接于所述光电耦合器U3的正极。

优选的，所述第一光耦受电端PD1连接于所述第二运算放大器U2的反向输入端。

优选的，所述诊断信号I-V转换电路包括第二光耦受电端PD2、第三运算放大器U4和第五电阻R5，所述第二光耦受电端PD2连接于所述第一光耦受电端PD1，所述第二光耦受电端PD2的正极连接于所述第三运算放大器U4的反向输入端，所述第二光耦受电端PD2的负极连接于所述第三运算放大器U4的同相输入端，所述第五电阻R5的一端连接于所述第三运算放大器U4的反向输入端，另一端连接于所述第三运算放大器U4的输出端。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

首先使用第1级运算放大器组成同步信号电压跟随电路，对同步信号进行电压跟随；然后使用第2级运算放大器驱动双路输出光电耦合器的发光器，并将光电耦合器的第1路受光器输出连接到运算放大器负极输入端，组成负反馈电路。同时使用光电耦合器的第1路受光器输出实现同步信号的V-I转换；然后使用光电耦合器的第2路受光器输出和第3级运算放大器组成跨阻放大电路，实现I-V转换，并输出诊断信号；电路利用双路输出光电耦合器的对称特性，实现同步信号和诊断信号等比例输出，同时将光电耦合器的1路输出引入负反馈，抑制温度漂移和光电耦合器非线性等干扰，实现同步信号到诊断信号高精度转换。同时利用光电耦合器“电-光-电”转换，实现同步信号和诊断电路的电气隔离；

附图说明

图1是本申请实施例的电路连接示意图。

附图标记说明：1、同步信号电压跟随电路；2、同步信号V-I转换电路；3、光耦发光驱动电路；4、诊断信号I-V转换电路。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种同步信号隔离诊断电路。

如图1所示，一种同步信号隔离诊断电路包括同步信号电压跟随电路1、同步信号转换电路2、光耦发光驱动电路3和诊断信号转换电路4。

同步信号电压跟随电路1用于接收同步信号以对同步信号进行电压跟随，同步信号转换电路2连接于同步信号电压跟随电路1以接收同步信号，并将同步信号的电压转换成电流，光耦发光驱动电路3连接于同步信号转换电路2以接收同步信号所对应的电流，并通过光耦转换为光电流信号，诊断信号转换电路4连接于光耦发光驱动信号以接收光电流信号，并将光电流信号转换为相应的电压信号并进行输出。

其中，同步信号电压跟随电路1包括第一电阻R1和第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的正向输入端用于接收同步信号，第一电阻R1一端连接于第一运算放大器U1的反向输入端，另一端连接于第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的输出端连接于同步信号转换电路2。

第一电阻R1分别连接于第一运算放大器U1的反相输入端和输出端，以组成负反馈电路，根据运算放大器“虚短”、“虚断”的特性，同步信号电压=第一运算放大器U1反向输入端电压=第一运算放大器U1输出端电压=V1，以此实现同步信号的电压跟随。

同步信号电压跟随电路1还包括第二电阻R2，第二电阻R2一端用于接收同步信号，另一端连接于第一运算放大器U1的同相输入端。

同步信号电压跟随电路1还包括双向二极管D1，双向二极管D1一端连接于第二电阻R2和第一运算放大器U1的同向输入端之间，另一端接地。

同步信号转换电路2包括第三电阻R3和第一光耦受电端PD1，第三电阻R3一端连接于第一运算放大器U1的输出端，另一端连接于第一光耦受电端PD1的正极，第一光耦受电端PD1的负极接地。

由于运算放大器的高输入阻抗特性，可得知PD1产生的光电流=第三电阻R3上的电流，以此实现同步信号电压到电流的转换。

光耦发光驱动电路3包括第二运算放大器U2和光电耦合器U3，第二运算放大器U2的同向输入端接地，第二运算放大器U2的反向输入端连接于第三电阻R3，第二运算放大器U2的输出端连接于光电耦合器U3的正极，光电耦合器U3连接于第一光耦受电端PD1。第一光耦受电端PD1连接于第二运算放大器U2的反向输入端。

由第二运算放大器U2驱动光电耦合器U3，光电耦合器U3作为发光器，同时第一光耦受电端PD1连接第二运算放大器U2的反向输入端以形成负反馈电路，运算放大器工作在线性区。根据运算放大器的“虚短”“虚断”特性，第二运算放大器U2反向输入端电压=第二运算放大器U2同向输入端电压=0V，且第一光耦受电端PD1产生的光电流=第三电阻R3上的电流，根据欧姆定律得知第三电阻R3上的电流=V1/R3=Ipd1。

光耦发光驱动电路3还包括第四电阻R4，第四电阻R4一端连接于第二运算放大器U2的输出端，另一端连接于光电耦合器U3的正极。还包括第一电容C1，第一电容C1一端连接于第二运算放大器U2的反向输入端，另一端连接于第二运算放大器U2的输出端。

诊断信号转换电路4包括第二光耦受电端PD2、第三运算放大器U4和第五电阻R5，第二光耦受电端PD2连接于第一光耦受电端PD1，第二光耦受电端PD2的正极连接于第三运算放大器U4的反向输入端，第二光耦受电端PD2的负极连接于第三运算放大器U4的同相输入端，第五电阻R5的一端连接于第三运算放大器U4的反向输入端，另一端连接于第三运算放大器U4的输出端。

第五电阻R5连接第三运算放大器U4的反向输入端和输出端，形成负反馈电路，根据运算放大器“虚短”“虚断”的特性，第三运算放大器U4的反向输入端电压=第三运算放大器U4的同相输入端电压=0V。又因为第二光耦受电端PD2产生的光电流=第五电阻R5上的电流，根据欧姆定律得知第五电阻R5的电流=V2/R5=Ipd2。根据光电耦合器双路输出的对称性可得Ipd1=Ipd2，可得：V1/R3=V2/R5，取R3=R5 可得V1=V2，以此实现同步信号到诊断信号的转换。

进一步的，还包括第二电容C2，第二电容C2并联于第五电阻R5。

实施原理为：

首先使用第1级运算放大器组成同步信号电压跟随电路1，对同步信号进行电压跟随；然后使用第2级运算放大器驱动双路输出光电耦合器的发光器，并将光电耦合器的第1路受光器输出连接到运算放大器负极输入端，组成负反馈电路。同时使用光电耦合器的第1路受光器输出实现同步信号的V-I转换；然后使用光电耦合器的第2路受光器输出和第3级运算放大器组成跨阻放大电路，实现I-V转换，并输出诊断信号；电路利用双路输出光电耦合器的对称特性，实现同步信号和诊断信号等比例输出，同时将光电耦合器的1路输出引入负反馈，抑制温度漂移和光电耦合器非线性等干扰，实现同步信号到诊断信号高精度转换。同时利用光电耦合器“电-光-电”转换，实现同步信号和诊断电路的电气隔离。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：包括同步信号电压跟随电路（1）、同步信号V-I转换电路（2）、光耦发光驱动电路（3）和诊断信号I-V转换电路（4），所述同步信号电压跟随电路（1）用于接收同步信号以对所述同步信号进行电压跟随，所述同步信号V-I转换电路（2）连接于所述同步信号电压跟随电路（1）以接收同步信号，并将同步信号的电压转换成电流，所述光耦发光驱动电路（3）连接于所述同步信号V-I转换电路（2）以接收同步信号所对应的电流，并通过光耦转换为光电流信号，所述诊断信号I-V转换电路（4）连接于所述光耦发光驱动电路（3）以接收所述光电流信号，并将光电流信号转换为相应的电压信号并进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述同步信号电压跟随电路（1）包括第一电阻R1和第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的正向输入端用于接收同步信号，所述第一电阻R1一端连接于所述第一运算放大器U1的反向输入端，另一端连接于所述第一运算放大器U1的输出端，所述第一运算放大器U1的输出端连接于所述同步信号V-I转换电路（2）。

3.根据权利要求2所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述同步信号电压跟随电路（1）还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2一端用于接收同步信号，另一端连接于所述第一运算放大器U1的同相输入端。

4.根据权利要求3所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述同步信号电压跟随电路（1）还包括双向二极管D1，所述双向二极管D1一端连接于所述第二电阻R2和所述第一运算放大器U1的同相输入端之间，另一端接地。

5.根据权利要求2所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述同步信号V-I转换电路（2）包括第三电阻R3和第一光耦受电端PD1，所述第三电阻R3一端连接于所述第一运算放大器U1的输出端，另一端连接于第一光耦受电端PD1的正极，所述第一光耦受电端PD1的负极接地。

6.根据权利要求5所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述光耦发光驱动电路（3）包括第二运算放大器U2和光电耦合器U3，所述第二运算放大器U2的同向输入端接地，所述第二运算放大器U2的反向输入端连接于第三电阻R3，所述第二运算放大器U2的输出端连接于所述光电耦合器U3的正极，所述光电耦合器U3连接于所述第一光耦受电端PD1。

7.根据权利要求6所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述光耦发光驱动电路（3）还包括第四电阻R4，所述第四电阻R4一端连接于所述第二运算放大器U2的输出端，另一端连接于所述光电耦合器U3的正极。

8.根据权利要求6所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述第一光耦受电端PD1连接于所述第二运算放大器U2的反向输入端。

9.根据权利要求6所述的一种同步信号隔离诊断电路，其特征在于：所述诊断信号I-V转换电路（4）包括第二光耦受电端PD2、第三运算放大器U4和第五电阻R5，所述第二光耦受电端PD2连接于所述第一光耦受电端PD1，所述第二光耦受电端PD2的正极连接于所述第三运算放大器U4的反向输入端，所述第二光耦受电端PD2的负极连接于所述第三运算放大器U4的同相输入端，所述第五电阻R5的一端连接于所述第三运算放大器U4的反向输入端，另一端连接于所述第三运算放大器U4的输出端。