CN220554002U - 一种数字隔离型测试仪器以及数字隔离电路 - Google Patents

Abstract

一种数字隔离型测试仪器，包括PCB板，以及与PCB板连接的数字接口、数字隔离模块和处理模块，数字隔离模块包括信号调制模块和信号解调模块；PCB板包括至少两层走线层，各个不同层走线层之间相对设置的导电片形成至少一个平板电容，至少一个平板电容之间构成至少一个隔离电容，各个所述隔离电容的第一端分别与信号调制模块连接，第二端分别与信号解调模块连接；信号调制模块用于将数字接口输出的数字信号进行调制，并将调制的数字信号的至少部分通过隔离电容输出至信号解调模块，信号解调模块用于对调制的数字信号进行解调，并将解调的数字信号输出至处理模块。由于平板电容可以根据需要来进行设置，使得满足要求。本申请还提供一种数字隔离电路。

Description

一种数字隔离型测试仪器以及数字隔离电路

技术领域

本申请涉及测量仪器及信号隔离技术领域，具体涉及一种数字隔离型测试仪器以及数字隔离电路。

背景技术

隔离型测量仪器通常应用在强电测量测试领域中，为了安全起见，隔离型测量仪器的高速数字接口如网口、USB等需要和强电之间需要达到双重绝缘的要求。

现有方案一般使用集成的隔离芯片来对数字接口和处理系统之间进行隔离处理，然而使用隔离芯片的成本高，且因为隔离芯片的体积小，其隔离电压也很难达到太高，从而不能满足部分使用场景。因此，还需要提出新的技术方案。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是隔离电压较低。

根据本申请的第一方面，一种实施例中提供一种数字隔离型测试仪器，包括PCB板，以及与所述PCB板连接的数字接口、数字隔离模块和处理模块，所述数字接口和处理模块之间通过所述数字隔离模块连接，所述数字隔离模块包括信号调制模块和信号解调模块；

所述PCB板包括至少两层走线层，所述至少两层走线层中至少有两层所述走线层上分别设置有至少一个导电片，不同层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成平板电容；各个不同层所述走线层之间相对设置的所述导电片形成至少一个平板电容，所述至少一个平板电容之间构成至少一个隔离电容，各个所述隔离电容的第一端分别与所述信号调制模块连接，第二端分别与所述信号解调模块连接；

所述信号调制模块用于将所述数字接口输出的数字信号进行调制，并将调制的数字信号的至少部分通过所述隔离电容输出至所述信号解调模块，所述信号解调模块用于对调制的数字信号进行解调，并将得到的解调的数字信号输出至所述处理模块。

一些实施例中，所述至少一个平板电容中的至少部分进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

一些实施例中，对于所述隔离电容中至少有一端在同一层所述走线层的相邻所述平板电容，其之间通过所述走线层上的走线进行串联和/或并联；对于所述隔离电容中两端均在不同所述走线层的相邻所述平板电容，其之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联。

一些实施例中，每不同两层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成所述平板电容，至少部分所述平板电容之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

一些实施例中，所述隔离电容中不同层所述走线层上的所述导电片在垂直方向上的投影面积存在重叠。

一些实施例中，各个所述隔离电容的第一端通过所述走线层之间的第一过孔与所述信号调制模块连接；和/或，各个所述隔离电容的第二端通过所述走线层之间的第二过孔与所述信号解调模块连接。

一些实施例中，各个所述隔离电容的第一端通过所述走线层上的走线与所述第一过孔连接，使得与所述第一过孔绝缘的各个所述导电片均与第一过孔之间具有预设距离；和/或，各个所述隔离电容的第二端通过所述走线层上的走线与所述第二过孔连接，使得与所述第二过孔绝缘的各个所述导电片均与第二过孔之间具有预设距离。

根据本申请的第二方面，一种实施例中提供一种数字隔离电路，包括PCB板，以及与所述PCB板连接数字隔离模块，所述数字隔离模块包括信号调制模块和信号解调模块；

所述PCB板包括至少两层走线层，所述至少两层走线层中至少有两层所述走线层上分别设置有至少一个导电片，不同层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成平板电容；各个不同层所述走线层之间相对设置的所述导电片形成至少一个平板电容，所述至少一个平板电容之间构成至少一个隔离电容，各个所述隔离电容的第一端分别与所述信号调制模块连接，第二端分别与所述信号解调模块连接；

所述信号调制模块用于将接收的数字信号进行调制，并将调制的数字信号的至少部分通过所述隔离电容输出至所述信号解调模块，所述信号解调模块用于对调制的数字信号进行解调后输出。

一些实施例中，所述至少一个平板电容中的至少部分进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

一些实施例中，每不同两层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成所述平板电容，至少部分所述平板电容之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容；所述隔离电容中不同层所述走线层上的所述导电片在垂直方向上的投影面积存在重叠。

根据上述实施例的数字隔离型测试仪器，通过PCB板中两层走线层之间相对设置的两个导电片形成平板电容，然后由至少一个平板电容构成隔离电容，隔离电容配合数字隔离模块实现数字信号的隔离。由于平板电容可以根据实际的使用需要来进行导电片的设置，例如导电片大小的设置，导电片之间距离的设置，从而使得平板电容构成的隔离电容可以在电容值和耐压值方面均满足要求。

附图说明

图1为一种实施例的数字隔离型测试仪器的结构示意图；

图2为一种实施例的信号调制模块的结构示意图；

图3为一种实施例的信号解调模块图的结构示意图；

图4为一种实施例的隔离电容的结构示意图；

图5为另一种实施例的隔离电容的结构示意图；

图6为又一种实施例的隔离电容的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

由于隔离电容的电容值、耐压值、体积之间是相互制约的，而现有方案为了提高耐压值且缩小体积，隔离电容的电容值不能做得太大，例如隔离电容一般是10pF左右。对此，隔离芯片为了增加隔离电容两边的耐压值，隔离电容会采用两个或者多个电容串联，已知电容值的电抗随频率增大而减小，而串联则会进一步减小电容值，使得电容值不能满足要求。因此，现有方案的隔离电压并不能做到很高。

在本申请的一些实施例中，通过PCB板中两层走线层之间相对设置的两个导电片形成平板电容，然后由至少一个平板电容构成隔离电容。由于平板电容可以根据实际的使用需要来进行导电片的设置，例如导电片大小的设置，导电片之间距离的设置，从而使得平板电容构成的隔离电容可以在电容值和耐压值方面均满足要求。且平板电容构成隔离电容，其成本也相对较低。

一些实施例中提供一种数字隔离型测试仪器，其可以用于对信号进行检测，例如可以是示波器、示波表等测试仪器，且其可以对输入的数字信号进行隔离处理，从而满足安全性能要求。请参考图1，数字隔离型测试仪器包括数字接口10、数字隔离模块20、处理模块30和PCB板40，以下对其分别进行说明。

数字接口10用于输出数字隔离型测试仪器的数字信号，或者输入外部设备输入的数字信号。一些实施例中，数字接口10可以是以太网接口、USB接口等接口。

请参考图1、图2和图3，数字隔离模块20用于数字信号的隔离。一些实施例中，数字隔离模块20包括信号调制模块22和信号解调模块24，其中信号调制模块22用于对数字接口10输出的数字信号进行调制，信号解调模块24用于对调制的数字信号进行解调。一些实施例中，信号调制模块22可以包括第一缓冲器221、调制器222、振荡器223、反相器225和第二缓冲器224。其中，第一缓冲器221用于将数字接口10输出的数字信号进行缓冲后输出至调制器222，振荡器223用于产生高频信号，以用于作为数字信号的载波。调制器222用于基于载波对数字信号进行调制，并将调制后的信号功分为两路信号输出，其中一路信号经过第二缓冲器224缓冲后输出，另一路信号经过反相器225反相后输出，从而得到差分的两路信号，并作为调制的数字信号。一些实施例中，也可以将调制器222调制后的信号直接输出，以作为调制的数字信号，即无需功分两路并通过反相器225和第二缓冲器224转换为差分信号。一些实施例中，信号解调模块24包括解调器242和第三缓冲器244，解调器242用于对调制的数字信号进行解调，从而将调整的数字信号还原为数字信号，即解调的数字信号，并通过第三缓冲器244缓冲后输出。

处理模块30用于对解调的数字信号进行处理。例如，处理模块30可以包括处理器，以用于数字信号的处理。

PCB板40用于分别与数字接口10、数字隔离模块20和处理模块30电连接，并用于数字接口10、数字隔离模块20和处理模块30之间的信号传输。例如，数字接口10、数字隔离模块20和处理模块30可以分别焊接于PCB板40上，也可以分别以模组的形式与PCB板40电连接。

一些实施例中，PCB板40包括至少两层走线层，每层之间充满绝缘介质，其中第1层至第n层的走线层为L1、L2…Ln。该至少两层走线层中至少有两层走线层上分别设置有至少一个导电片43，而不同层走线层之间相对设置的两个导电片43可以形成平板电容，各个不同层走线层之间相对设置的导电片43形成至少一个平板电容。请参考图4，例如，当有两层走线层(L1和L2)上分别设置有导电片43时，且该两层走线层上分别设置有一个导电片43，此时该两层走线层之间的两个导电片43只需相对设置，例如可以在垂直方向完全重叠或者部分重叠，从而形成了平板电容。而设置有导电片43的两层走线层之间可以是相邻的走线层，也可以是中间间隔有其它走线层。此时，其中一个导电片43作为平板电容的第一端，另一个导电片43作为平板电容的第二端，而平板电容可以直接与其它器件电连接，也可以通过走线层上的走线与其它器件电连接。一些实施例中，该两层走线层上也可以分别设置有多个导电片43，而每相对设置的两个导电片43则形成一个平板电容，各个平板电容之间也可以串联，也可以并联，或者串联加并联，从而构成至少一个隔离电容42。例如，当该两层走线层之间相对设置的导电片43形成了两个平板电容，该两个平板电容可以串联或并联形成一个隔离电容42，也可以分别作为一个隔离电容42。本实施例中，由于隔离电容42中相邻两个平板电容的两端都分别在同一层走线层上，因此两个平板电容之间通过走线层上的走线进行串联和/或并联即可。

一些实施例中，该至少两层走线层中至少有两层以上走线层上分别设置有至少一个导电片43，而任意不同层走线层之间相对设置的两个导电片43都可以形成平板电容。请参考图5，例如，当设有导电片43的走线层为三层(L1、L2和L3)时，第一层和第二层之间、第一层和第三层之间以及第二层和第三层之间均可以形成至少一个平板电容，而各个平板电容之间构成至少一个隔离电容42。其中，对于隔离电容42中至少有一端在同一层走线层的相邻平板电容，其之间通过走线层上的走线进行串联和/或并联，例如对于第一层和第二层之间与第一层和第三层之间的相邻平板电容则是有一端在同一层走线层的，因此可以通过走线层上的走线进行连接。请参考图6，当设有导电片43的走线层增加为四层(L2、L3、L4和L5)时，则增加第一层和第四层之间、第二层和第四层之间以及第三层和第四层之间也均可以形成至少一个平板电容。其中，对于隔离电容42中两端均在不同走线层的相邻平板电容，其之间通过走线层之间的过孔进行串联和/或并联，例如对于第一层和第二层之间与第三层和第四层之间的相邻平板电容则是两端均在不同走线层，因此可以通过走线层上的过孔进行连接。

一些实施例中，请再参考图6，当设有导电片43的走线层为双数时，则每不同两层走线层之间相对设置的两个导电片43形成平板电容，然后各个平板电容之间通过走线层之间的过孔进行串联，以构成至少一个隔离电容42。一些实施例中，隔离电容42中不同层走线层上的导电片43在垂直方向上的投影面积存在重叠，例如，当各个导电片43大小形状一致时，各个导电片43在垂直方向是完全重叠或者部分重叠的，当大小不一致时，则在垂直方向是部分重叠的。

一些实施例中，各个隔离电容42的第一端通过走线层之间的第一过孔44与信号调制模块22连接。和/或，各个隔离电容42的第二端通过走线层之间的第二过孔46与信号解调模块24连接。本实施例中，当隔离电容42的两端与信号调制模块22位于不同的走线层时，则需要通过走线层之间的过孔实现电连接。一些实施例中，当隔离电容42的两端通过第一过孔44和第二过孔46分别与信号调制模块22和信号解调模块24连接时，各个隔离电容42的第一端通过走线层上的走线与第一过孔44连接，使得与第一过孔44绝缘的各个导电片43均与第一过孔44之间具有预设距离，以及各个隔离电容42的第二端通过走线层上的走线与第二过孔46连接，使得与第二过孔46绝缘的各个导电片43均与第二过孔46之间具有预设距离，从而避免第一过孔44和第二过孔46与各个导电片43产生干扰。

一些实施例中，导电片43可以是走线层上的铜箔，其可以是矩形、椭圆形、圆形、等形状。

一些实施例中，信号调制模块22对数字接口10输出的数字信号进行调制，并将调制的数字信号通过隔离电容42输出至信号解调模块24，而信号解调模块24对调制的数字信号进行解调，从而实现数字信号的隔离。一些实施例中，信号调制模块22输出的信号可以是单端信号，此时该单端信号通过上述平板电容构成的隔离电容42进行信号隔离即可。一些实施例中，信号调制模块22输出的信号可以是双端信号，例如为差分信号，此时该差分信号可以是两路信号或者其中的一路信号通过上述平板电容构成的两个隔离电容42进行信号隔离。

以上是对数字隔离型测试仪器中各个模块的说明。以下对平板电容的参数计算进行说明。

一些实施例中，由于隔离电容42的电容值和耐压值需要满足一定的要求，其才能用于数字信号的隔离。例如隔离电容42的电容值是10-100pF左右，隔离电容42的耐压值满足足3310V以上，因此需要平板电容也满足一定的要求，而平板电容的电容值的计算方法如下：

C＝εr*ε0*S/h；

其中，εr是相对介电常数，ε0是真空介电常数，S是两个导电片43之间的重叠面积，h是两个导电片43之间的垂直距离。假设PCB板40使用的是FR4板材，两个导电片43之间的重叠面积为a*b＝5mm*15mm，两个导电片43之间的垂直距离h1为0.1mm，则平板电容的电容值为：

C＝εr*ε0*a*b/h1≈28pF；

此时则可以通过串联两个平板电容使得满足电容值要求，即串联后的电容值C0为：C0＝28*28/(28+28)＝14pF。

而对于平板电容的耐压值计算。通常的计算方式为两层走线层之间的耐压值计算是1mm对应20kV，或者1mi l对应500V。因此按照上述两个平板电容的耐压值来算，即两个导电片43之间的垂直距离为0.1mm，两个平板电容的耐压值分别是2kV，因此串联的总耐压值是4kV，从而高于现有方案的耐压值，以满足大部分使用环境。

以上平板电容的构成隔离电容42的电容值和耐压值计算只是说明其计算过程，在实际应用中，可以根据不同的条件计算单个平板电容的电容值和耐压值，然后根据多个平板电容的串联和/或并联构成满足要求的隔离电容42即可。

一些实施例中提供一种数字隔离电路，其包括PCB板40，以及与所述PCB板40连接数字隔离模块20。其中，PCB板40可以采用上述实施例中的PCB板40，而数字隔离模块20可以采用上述实施例中的数字隔离模块20。而本实施例中的数字隔离电路则可以用于适合的电子设备中，并起到数字信号隔离的作用。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种数字隔离型测试仪器，其特征在于，包括PCB板，以及与所述PCB板连接的数字接口、数字隔离模块和处理模块，所述数字接口和处理模块之间通过所述数字隔离模块连接，所述数字隔离模块包括信号调制模块和信号解调模块；

所述PCB板包括至少两层走线层，所述至少两层走线层中至少有两层所述走线层上分别设置有至少一个导电片，不同层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成平板电容；各个不同层所述走线层之间相对设置的所述导电片形成至少一个平板电容，所述至少一个平板电容之间构成至少一个隔离电容，各个所述隔离电容的第一端分别与所述信号调制模块连接，第二端分别与所述信号解调模块连接；

所述信号调制模块用于将所述数字接口输出的数字信号进行调制，并将调制的数字信号的至少部分通过所述隔离电容输出至所述信号解调模块，所述信号解调模块用于对调制的数字信号进行解调，并将得到的解调的数字信号输出至所述处理模块。

2.如权利要求1所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，所述至少一个平板电容中的至少部分进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

3.如权利要求2所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，对于所述隔离电容中至少有一端在同一层所述走线层的相邻所述平板电容，其之间通过所述走线层上的走线进行串联和/或并联；对于所述隔离电容中两端均在不同所述走线层的相邻所述平板电容，其之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联。

4.如权利要求1所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，每不同两层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成所述平板电容，至少部分所述平板电容之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

5.如权利要求4所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，所述隔离电容中不同层所述走线层上的所述导电片在垂直方向上的投影面积存在重叠。

6.如权利要求1-5任一项所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，各个所述隔离电容的第一端通过所述走线层之间的第一过孔与所述信号调制模块连接；和/或，各个所述隔离电容的第二端通过所述走线层之间的第二过孔与所述信号解调模块连接。

7.如权利要求6所述的数字隔离型测试仪器，其特征在于，各个所述隔离电容的第一端通过所述走线层上的走线与所述第一过孔连接，使得与所述第一过孔绝缘的各个所述导电片均与第一过孔之间具有预设距离；和/或，各个所述隔离电容的第二端通过所述走线层上的走线与所述第二过孔连接，使得与所述第二过孔绝缘的各个所述导电片均与第二过孔之间具有预设距离。

8.一种数字隔离电路，其特征在于，包括PCB板，以及与所述PCB板连接数字隔离模块，所述数字隔离模块包括信号调制模块和信号解调模块；

所述PCB板包括至少两层走线层，所述至少两层走线层中至少有两层所述走线层上分别设置有至少一个导电片，不同层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成平板电容；各个不同层所述走线层之间相对设置的所述导电片形成至少一个平板电容，所述至少一个平板电容之间构成至少一个隔离电容，各个所述隔离电容的第一端分别与所述信号调制模块连接，第二端分别与所述信号解调模块连接；

所述信号调制模块用于将接收的数字信号进行调制，并将调制的数字信号的至少部分通过所述隔离电容输出至所述信号解调模块，所述信号解调模块用于对调制的数字信号进行解调后输出。

9.如权利要求8所述的数字隔离电路，其特征在于，所述至少一个平板电容中的至少部分进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容。

10.如权利要求8或9所述的数字隔离电路，其特征在于，每不同两层所述走线层之间相对设置的两个所述导电片形成所述平板电容，至少部分所述平板电容之间通过所述走线层之间的过孔进行串联和/或并联，以构成一个所述隔离电容；所述隔离电容中不同层所述走线层上的所述导电片在垂直方向上的投影面积存在重叠。