CN220935174U - 多路差分信号切换电路和光栅尺信号接收器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多路差分信号切换电路和光栅尺信号接收器。多路差分信号切换电路包括差分信号接收电路和信号切换电路，差分信号接收电路包括多个接收组，每一接收组包括多个信号接收单元，每一信号接收单元用于接收一路差分信号。信号切换电路具有多个输入端和多个输出端，每一输入端连接一信号接收单元；每一输出端与任意一个输入端连接，输出端的数量少于输入端的数量。从而通过多个信号接收单元分别接收多个装置的差分信号，由于信号切换电路的输出端的数量较少，其可以根据需要连接对应的输入端，以输出控制设备所需要的装置的数据。由此不再需要将所有装置都连接控制设备，显著减少了占用控制设备的接口资源。

Description

多路差分信号切换电路和光栅尺信号接收器

技术领域

本申请涉及信号传输技术领域，特别是涉及一种多路差分信号切换电路和光栅尺信号接收器。

背景技术

随着科技的不断发展，在信号传输技术领域，经常会存在需要采集多个装置的差分信号，但是在后续的控制过程中，控制设备可能并不会同时需要所有装置的差分信号的情况。例如，复杂的数控机床上设置有数量较多的光栅，机床中的控制系统需要能够获取所有光栅尺读数头的差分数据，但是在实际工作状态下，机床中的控制系统在同一时刻可能只需要一个光栅尺读数头的数据。

然而，为了采集多个装置的差分信号，控制设备需要与多个装置分别连接，这样将占用控制设备较多的接口资源，使得控制设备的处理能力降低。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够减少输出接口的多路差分信号切换电路。

一种多路差分信号切换电路，包括：

差分信号接收电路，包括多个接收组，每一所述接收组包括多个信号接收单元，每一所述信号接收单元用于接收一路差分信号；

信号切换电路，具有多个输入端和多个输出端，每一所述输入端连接一所述信号接收单元；每一所述输出端与任意一个所述输入端导通，所述输出端的数量少于所述输入端的数量。

在其中一个实施例中，与所述信号切换电路的所述输出端导通的各所述信号接收单元处于不同的所述接收组。

在其中一个实施例中，所述信号切换电路包括多个切换单元，所述切换单元包括输出端和多个输入端，

各所述切换单元的输入端分别连接不同接收组中的信号接收单元；

各所述切换单元的输出端通过与其导通的一个输入端连接一个所述信号接收单元。

在其中一个实施例中，所述切换单元为数据选择器。

在其中一个实施例中，所述接收组包括差分信号接收器，所述差分信号接收器包括多个所述信号接收单元。

在其中一个实施例中，一个所述接收组包括多个差分信号接收器。

在其中一个实施例中，各所述接收组包括的所述差分信号接收器的数量相等，各所述差分信号接收器包括的信号接收单元的数量相等。

在其中一个实施例中，所述信号接收单元包括差分信号正极输入端、差分信号负极输入端和数字信号输出端，所述差分信号正极输入端和所述差分信号负极输入端用于接收一路差分信号，所述数字信号输出端连接所述信号切换电路。

在其中一个实施例中，所述多路差分信号切换电路还包括连接所述信号切换电路的切换控制器。

一种光栅尺信号接收器，包括壳体和如上述的多路差分信号切换电路，所述多路差分信号切换电路设置于所述壳体内。

上述多路差分信号切换电路和光栅尺信号接收器，包括差分信号接收电路和信号切换电路，差分信号接收电路包括多个接收组，每一接收组包括多个信号接收单元，每一信号接收单元用于接收一路差分信号。信号切换电路具有多个输入端和多个输出端，每一输入端连接一信号接收单元；每一输出端连接任意一个输入端，输出端的数量少于输入端的数量。从而通过多个信号接收单元分别接收多个装置的差分信号，通过信号切换电路的输出端与对应的输入端连接，由输出端输出对应装置的数据至相关的控制设备。由于信号切换电路的输出端的数量较少，其可以根据需要连接对应的输入端，以输出控制设备所需要的装置的数据。由此不再需要将所有装置都连接控制设备，显著减少了占用控制设备的接口资源。

附图说明

图1为一个实施例中多路差分信号切换电路的模块示意图；

图2为增量式光栅尺读数头输出的数据波形示意图。

图3为另一个实施例中多路差分信号切换电路的模块示意图；

图4为又一个实施例中多路差分信号切换电路的模块示意图；

图5为再一个实施例中多路差分信号切换电路的模块示意图；

图6为一个实施例中多路差分信号切换电路的电路结构示意图。

附图标记说明：

100：差分信号接收电路； 110：接收组；

200：信号切换电路； 210：切换单元；

U1-U6：差分信号接收器； U7-U9：分别为数据选择；

C1-C9：电容。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

可以理解，“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。“元件的至少部分”是指元件的部分或全部。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，提供了一种多路差分信号切换电路，如图1所示，该多路差分信号接收电路包括差分信号接收电路100和信号切换电路200，差分信号接收电路100包括多个接收组110，每一接收组110包括多个信号接收单元，每一信号接收单元用于接收一路差分信号。信号切换电路200具有多个输入端和多个输出端(Y1、Y2...Yn)，每一输入端连接一信号接收单元；每一输出端能够与任意一个输入端连接，以通过与其导通的输入端连接对应的信号接收单元，输出端还用于连接控制设备，输出端的数量少于输入端的数量。

该多路差分信号切换电路可以用于各种接收多路差分信号的设备中，例如在数控机床中，由信号接收单元连接光栅尺读数头，用于接收多个光栅尺读数头的差分数据。

差分信号接收电路100包括多个差分信号接收组110，差分信号接收组110的具体数量需要结合实际情况设置，例如结合差分信号的类型进行设置。每一接收组110中信号接收单元的数量可以结合实际需要设定，例如结合每种类型的差分信号的数量设定，每个接收组110中信号接收单元的数量可以相同也可以不同。信号切换电路200的输入端的数量需要结合所有接收组110中的信号接收单元的总数来确定，信号切换电路200的输入端的数量不少于信号接收单元的总数，使得通过信号接收单元接收的所有信号均能被传输。进一步地，信号切换电路200的输入端的数量等于信号接收单元的总数，以使输入端与信号接收单元一一对应连接，避免信号切换电路200的输入端接口浪费。

在实际实施时，各个接收组110可以接收相同类型的差分信号，也可以接收不同类型的差分信号，图1中以A、B、C表示差分信号的类型不同。通过使各个接收组110中的信号接收单元与输出差分信号的装置按需连接，可以接收CH1A-CHnA的n路A类型差分信号、CH1B-CHnB的n路B类型差分信号和CH1C-CHnC的n路C类型差分信号。各信号接收单元对应连接信号切换电路200的各个输入端，信号切换电路200还可以连接相关的切换控制器，根据切换控制器的控制切换一个或多个输出端与对应的输入端连接，从而由信号切换电路200的输出端输出对应装置的数据。

上述多路差分信号切换电路，包括差分信号接收电路100和信号切换电路200，差分信号接收电路100包括多个接收组110，每一接收组110包括多个信号接收单元，每一信号接收单元用于接收一路差分信号。信号切换电路200具有多个输入端和多个输出端，每一输入端连接一信号接收单元；每一输出端通过与其导通的一个输入端连接一个信号接收单元，输出端的数量少于输入端的数量。从而通过多个信号接收单元分别接收多个装置的差分信号，由于信号切换电路200的输出端的数量较少，其可以根据需要连接对应的输入端，以输出控制设备所需要的装置的数据。由此不再需要将所有装置都连接控制设备，显著减少了占用控制设备的接口资源。

在一个实施例中，与信号切换电路200的输出端导通的各信号接收单元处于不同的接收组110。

示例性地，该多路差分切换电路用于接收多个光栅尺读数头数据，并传输至数控机床中相关的控制设备。光栅尺作为测量位置和角度的传感器，在数控机床中广泛用于数控机床直线轴的位置检测，负责把控系统执行命令的精度，是数控机床闭环控制中用得较多的测量装置。

如图2所示，增量式光栅尺读数头输出的数据为CHA、CHB与CHC三路差分信号，在数据的传输过程中，差分信号利于长距离传输，能够有效消除共模干扰且不受地电位不一致的影响。其中，CHC信号为光栅尺原点信号，CHA信号与CHB信号互为正交信号。图示中CHB信号相位滞后CHA信号相位四分之一个信号周期，可以理解，当CHA信号超前CHB信号四分之一个周期为光栅尺监测的物件在坐标系中正向运动，当CHA信号滞后CHB信号四分之一个周期为物件在坐标系中反向运动。

在用于接收光栅尺读数头数据时，该多路差分切换电路可以如图3所示，共设置3个接收组110，分别接收多个光栅尺读数头数据的CHA、CHB、CHC三种差分信号。一个接收组110中的各信号接收单元分别接收相同类型的一路差分信号，如第一个接收组110中的多个信号接收单元用于接收所有光栅尺读数头数据的CHA差分信号(即CH1A-CHnA路差分信号)，第二个接收组110接收所有光栅尺读数头数据的CHB差分信号(即CH1B-CHnB路差分信号)，第三个接收组110接收所有光栅尺读数头数据的CHC差分信号(即CH1C-CHnC路差分信号)。由此，可以通过3个接收组110对应接收n个光栅尺读数头数据，如信号CH1A、CH1B和CH1C为第一个光栅尺读数头数据，CH2A、CH2B和CH2C为第二个光栅尺读数头数据，CHnA、CHnB和CHnC为第n个光栅尺读数头数据。

对应的，信号切换电路200的输出端设置为3个，输出端YA输出CHA对应的信号，输出端YB输出CHB对应的信号，输出端YC输出CHC对应的信号。在控制设备需要采集第一个光栅尺读数头数据时，可以使信号切换电路200的输出端YA通过对应的输入端连接接收CH1A信号的信号接收单元，输出端YB通过对应的输入端连接接收CH1B信号的信号接收单元，输出端YC通过对应的输入端连接接收CH1C信号的信号接收单元，从而信号切换电路200的三个输出端能够同步输出第一个光栅尺读数头数据。依此类推，可以通过使信号切换电路200的输出端连接对应的输入端，实现在多个光栅尺的读数头数据中选择一个光栅尺读数头数据并输出，这样仅需要占用控制设备的三个接口资源。可以理解，当控制设备需要同时采集多个光栅尺的读数头数据时，如同时采集两个光栅尺的读数头数据，那么可以设置信号切换电路200的输出端为6个，具体本领域技术人员可以根据实际情况设置。

本实施例中，通过使与信号切换电路200的输出端导通的各信号接收单元处于不同的接收组110，能够通过信号切换电路200的多个输出端，实现将各个接收组110中信号接收单元接收到的差分信号对应的信号同步输出，从而使该多路差分信号选择电路能够适用需要同步接收几路信号的场景，扩大电路的适用范围。

在一个实施例中，接收组110可以包括差分信号接收器，差分信号接收器包括多个信号接收单元。

差分信号接收器是用于对差分信号中的正向信号和反向信号进行处理，得到对应的数字信号的装置。在实际实施时，差分信号接收器可以选用集成芯片，如AM26L32；也可以由多个电路构成。当采用多个电路构成时，其具体结构本领域技术人员可以参考本领域常用技术进行设置，只需要实现对应的功能即可。

每个信号接收单元具体为差分信号接收器中的差分信号通道，用于接收一路差分信号。具体地，信号接收单元包括差分信号正极输入端、差分信号负极输入端和数字信号输出端，差分信号正极输入端和差分信号负极输入端用于接收一路差分信号，数字信号输出端连接信号切换电路200。

示例性地，如图4所示，第一个接收组110中的第一个信号接收单元接收第一个光栅尺读数头数据中CHA差分信号，其差分信号正极输入端接收正向信号CH1A+、差分信号负极输入端接收反向信号CH1A-、数字信号输出端输出该差分信号对应的数字信号CH1A。第二个接收组110中的第一个信号接收单元接收第一个光栅尺读数头数据中CHB差分信号，其差分信号正极输入端接收正向信号CH1B+、差分信号负极输入端接收反向信号CH1B-、数字信号输出端输出该差分信号对应的数字信号CH1B。第三个接收组110中的第一个信号接收单元接收第一个光栅尺读数头数据中CHC差分信号，其差分信号正极输入端接收正向信号CH1C+信号、差分信号负极输入端接收反向信号CH1C-、数字信号输出端输出该差分信号对应的数字信号CH1C。其他接收单元的作用可以依此类推，不再赘述。

本实施例中，通过选用差分信号接收器，能够提高差分信号接收电路100的集成度，进而提高电路的可靠性。

在一个实施例中，一个接收组110包括多个差分信号接收器。

在实际实施时，各个接收组110中的差分信号接收器的数量需要根据实际控制需要设定。本实施例中，通过使一个接收组110包括多个差分信号接收器，能够扩大接收组110中信号接收单元的数量，提高差分信号接收电路100的数据接收能力，从而提高整个电路的信号接收性能。

可以理解，各接收组110包括的差分信号接收器的数量可以相等，也可以不相等。各差分信号接收器包括的信号接收单元的数量根据差分信号接收器的具体选型而不同。

在一个实施例中，各接收组110包括的差分信号接收器的数量相等，各差分信号接收器包括的信号接收单元的数量相等。

在本实施例中，通过使各接收组110包括的差分信号接收器的数量相等，各差分信号接收器包括的信号接收单元的数量相等，可以使各个接收组110接收差分信号的能力相同，在用于接收例如光栅尺读数头数据这种需要每个接收组接收的差分信号的数量相等的场景时，能够保证各个接收组110中信号接收单元的利用率接近，避免出现部分接收组110中信号接收单元均被利用，而其他接收组110中信号接收单元还有空余的情况发生。

进一步地，在实际实施时，可以在每个接收组110中设置相同数量的同一型号的差分信号接收器，以提高电路对各路差分信号接收的稳定性。

示例性地，差分信号接收器可以选用四路差分线路接收器芯片，其可以同时接收四路差分信号，如果用于接收8个光栅尺读数头数据，那么每个接收组110可以设置2个四路差分线路接收器芯片，可见，该电路简单，易于实现。

在一个实施例中，多路差分信号切换电路还包括连接信号切换电路200的切换控制器。仍以图4为例，切换控制器可以连接信号切换电路200的信号选通端S，从而由切换控制器输出选通信号至信号切换电路200的信号选通端S，以控制信号切换电路200的输出端与对应的输入端连接，实现根据实际需要进行切换控制。

在实际实施时，切换控制器可以为单独设置的控制模块，也可以是控制设备，具体可以实际情况设置。

在一个实施例中，如图5所示，信号切换电路200包括多个切换单元210，切换单元210包括输出端和多个输入端，各切换单元210的输入端分别连接不同接收组110中的信号接收单元；各切换单元210的输出端通过与其导通的一个输入端连接一个信号接收单元。

其中，切换单元210的数量与接收组110的数量相等，切换单元210的输入端的数量不少于与其对应的接收组110的信号接收单元的数量，优选地，切换单元210的输入端的数量等于与其对应的接收组110的信号接收单元的数量。在实际实施时，切换单元210的数量根据控制设备需要同步接收到的信号的数量设置。如该电路用于接收光栅尺读数头数据，由于控制设备需要同步接收到同一个光栅尺读数头数据中CHA信号、CHB信号和CHC信号对应的数据，所以需要设置三个切换单元210和三个接收组110。

进一步地，每个切换单元210都包括信号选通端S，以分别根据切换控制器的控制，切换其输出端与对应的输入端的连接，从而实现多路信号的切换。

在一个实施例中，切换单元210为数据选择器。

其中，数据选择器的类型可以结合具体情况选取，例如74HC151等集成芯片。本实施例中，通过选用数据选择器可以提高信号切换电路200的集成度。

为了更好的理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，如图6所示，该多路差分信号切换电路包括差分信号接收电路100和信号切换电路200。差分信号接收电路100包括3个接收组110，每一接收组110包括2个差分信号接收器，分别是差分信号接收器U1和U2、差分信号接收器U3和U4、差分信号接收器U5和U6。信号切换电路200包括3个切换单元210，分别为数据选择器U7、U8、U9。

在一个实施例中，差分信号接收器可以均选用4路差分信号接收芯片AM26LS32，实现接收8路光栅尺读数头的差分信号。数据选择器选用八选一芯片74HC151，实现8路光栅尺差分信号的切换。具体地，每一个数据选择器芯片74HC151的信号选通引脚S0相连接后用于接收选通信号SEL0，每一个数据选择器芯片74HC151的信号选通引脚S1相连接后用于接收选通信号SEL1，每一个数据选择器芯片74HC151的信号选通引脚S2相连接后用于接收选通信号SEL2。可以理解，各电路还可以根据实际需求适应性地设置其他元器件，如图6所示的实施例中，各芯片的电源VCC与地引脚之间分别设置有电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9，各个电容的参数可以根据实际情况选取。

电路通道选择的关系如下表所示，例如，当选通信号SEL0、SEL1、SEL2输入都为低电平时，控制设备的I/0(Input/Output，输入/输出)接口与数据选择器芯片U7、U8、U9各自的输出引脚Y和接通，即接通差分信号接收器芯片U1、U3、U5各自的输出引脚1Y，由此，第一组光栅尺信号CH1输入信号CH1A+、CH1A-、CH1B+、CH1B-、CH1C+、CH1C-被选中，信号通过数据选择器芯片U7、U8、U9各自的输出引脚Y输出。其余各引脚的选通关系可以参照下表，本实施例不再赘述。

可见，该多路差分信号切换电路在用于光栅尺读数头数据的接收时，只需要占用机床中相关控制设备的三个I/O接口即可实现8路光栅信号的切换，大大节省了控制设备的软硬件资源。

在一个实施例中，提供一种光栅尺信号接收器，包括壳体和多路差分信号切换电路，多路差分信号切换电路设置于壳体内，多路差分信号切换电路的结构可以参照上述实施例进行设置。

本实施例中的光栅尺信号接收器，能够接收多个光栅尺读数头数据，并输出控制系统需要的光栅尺的数据，在光栅尺数量较多的情况下，仍能够占用控制系统较少的接口资源。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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)

1.一种多路差分信号切换电路，其特征在于，所述电路包括：

差分信号接收电路，包括多个接收组，每一所述接收组包括多个信号接收单元，每一所述信号接收单元用于接收一路差分信号；

信号切换电路，具有多个输入端和多个输出端，每一所述输入端连接一所述信号接收单元；每一所述输出端与任意一个所述输入端导通，所述输出端的数量少于所述输入端的数量。

2.根据权利要求1所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，与所述信号切换电路的所述输出端导通的各所述信号接收单元处于不同的所述接收组。

3.根据权利要求1所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，所述信号切换电路包括多个切换单元，所述切换单元包括输出端和多个输入端，

各所述切换单元的输入端分别连接不同接收组中的信号接收单元；

各所述切换单元的输出端通过与其导通的一个输入端连接一个所述信号接收单元。

4.根据权利要求3所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，所述切换单元为数据选择器。

5.根据权利要求1所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，所述接收组包括差分信号接收器，所述差分信号接收器包括多个所述信号接收单元。

6.根据权利要求5所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，一个所述接收组包括多个差分信号接收器。

7.根据权利要求6所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，各所述接收组包括的所述差分信号接收器的数量相等，各所述差分信号接收器包括的信号接收单元的数量相等。

8.根据权利要求5所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，所述信号接收单元包括差分信号正极输入端、差分信号负极输入端和数字信号输出端，所述差分信号正极输入端和所述差分信号负极输入端用于接收一路差分信号，所述数字信号输出端连接所述信号切换电路。

9.根据权利要求1至8任一项所述的多路差分信号切换电路，其特征在于，还包括连接所述信号切换电路的切换控制器。

10.一种光栅尺信号接收器，其特征在于，包括壳体和如权利要求1至9任一项所述的多路差分信号切换电路，所述多路差分信号切换电路设置于所述壳体内。