CN112882526A - 模拟光耦的信号发送电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟光耦的信号发送电路，所述信号发送电路包括依次连接的反压保护模块、电压钳位模块及隔离传输模块，所述反压保护模块与电源正极相连通以将电流信号传送至电压钳位模块；所述电压钳位模块包括相互串联的正温度系数支路和负温度系数支路，所述电压钳位模块的输出电压为正温度系数支路两端的正温度系数电压与负温度系数支路两端的负温度系数电压之和。先设置反压保护模块防止电源负极的电压高于电源正极，这相当于模拟了光耦的反偏截止特性。并且，通过调整正温度系数支路和负温度系数支路中的参数，可以使得电压钳位模块的输出电压接近于零温度系数，从而提高了输出电压的精度和延时。
Description
技术领域
本发明涉及隔离驱动芯片领域，特别是一种模拟光耦的信号发送电路。
背景技术
现有技术中，在信号传输时，可以采用光耦进行信号传输，例如电流从阳极流入阴极流出时，可以使得光耦的LED灯发光，从而使得光耦另一侧的光敏三极管接收到光信号，以实现将左侧的信号隔离传输给右侧。
但是，光耦在信号传输过程中存在光衰，电流转换比会随时间温度变化，从而影响输出信号的延时和精度。另外，光耦传输比较慢，不适合于高速***。并且，光耦的共模抑制比差，容易产生有误的脉冲。
因此，必须设计一种模拟光耦且效率更高的信号发送电路。
发明内容
为解决上述问题之一，本发明提供了一种模拟光耦的信号发送电路，所述信号发送电路包括依次连接的反压保护模块、电压钳位模块及隔离传输模块，所述反压保护模块与电源正极相连通以将电流信号传送至电压钳位模块；所述电压钳位模块包括相互串联的正温度系数支路和负温度系数支路，所述电压钳位模块的输出电压为正温度系数支路两端的正温度系数电压与负温度系数支路两端的负温度系数电压之和。
作为本发明的进一步改进，所述负温度系数支路包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的基极互连、发射极均接电源负极，所述第一三极管的基极和集电极相互连接。
作为本发明的进一步改进，所述第二三极管的面积是第一三极管的N倍，其中N＞1。
作为本发明的进一步改进，所述正温度系数支路包括第一电阻，所述第一电阻一端接所述反压保护模块的输出端，另一端与所述负温度系数支路相串联；所述负温度系数支路还包括第二电阻，所述第二三极管的发射极通过第二电阻接入电源负极。
作为本发明的进一步改进，所述负温度系数支路还包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和第二mos管的栅极互相连接且与第一三极管的基极互联；所述第一电阻均与第一mos管和第二mos管的输入端相连接，第一mos管和第二mos管的输出端分别接入第一三极管和第二三极管的集电极。
作为本发明的进一步改进，所述第一mos管和第二mos管均为PMOS管，且阈值电压相同。
作为本发明的进一步改进，所述电压钳位模块的输出电压Vclamp为：
其中，△Vbe为第二三极管和第一三极管的Vbe电压差，R1为第一电阻，R2为第二电阻，V1be为第一三极管的基极和发射极之间的电压差，Vth为第一mos管的阈值电压。
作为本发明的进一步改进，所述电压钳位模块还包括环路增益支路，所述环路增益支路包括第三电阻、第三三极管；所述第三三极管的基极连接至第二三极管的集电极，发射极接电源负极，集电极通过第三电阻连接至电源正极。
作为本发明的进一步改进，所述环路增益支路还包括第三mos管，所述第三mos管为PMOS，所述第三mos管的栅极接入第三电阻和第三三极管的集电极之间，所述第三mos管的源极接电源正极、漏极接电源负极。
作为本发明的进一步改进，所述反压保护模块包括第四mos管，所述第四MOS管为PMOS管，所述第四mos管的栅极接入电源负极，源极接电源正极，漏极与所述电压钳位模块相连接。
与现有技术相比，本发明中，先设置反压保护模块防止电源负极的电压高于电源正极，这相当于模拟了光耦的反偏截止特性。并且，所述电压钳位模块可根据传送过来的电流信号开始工作，并可将输出电压钳位在一个合适的大小，以进行后续的传输。并且，所述电压钳位模块包括正温度系数支路和负温度系数支路，正温度系数支路产生正温度系数电压，负温度系数产生负温度系数电压，因而通过调整正温度系数支路和负温度系数支路中的参数，可以使得电压钳位模块的输出电压接近于零温度系数，从而提高了输出电压的精度和延时。最后，该输出电压通过隔离传输模块进行传输到后级接收电路。
附图说明
图1为本发明模拟光耦的信号发送电路的结构示意图；
图2为本发明模拟光耦的信号发送电路的电路图。
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示提供了一种模拟光耦的信号发送电路，所述信号发送电路包括依次连接的反压保护模块1、电压钳位模块2及隔离传输模块3，所述反压保护模块1与电源正极相连通以将电流信号传送至电压钳位模块2；所述电压钳位模块2包括相互串联的正温度系数支路和负温度系数支路，所述电压钳位模块2的输出电压Vclamp为正温度系数支路两端的正温度系数电压与负温度系数支路两端的负温度系数电压之和。
本发明中，在信号发送电路中，先设置反压保护模块1防止电源负极的电压高于电源正极，这相当于模拟了光耦的反偏截止特性。并且，所述电压钳位模块2可根据传送过来的电流信号开始工作，并可将输出电压Vclamp钳位在一个合适的大小，以进行后续的传输。并且，所述电压钳位模块2包括正温度系数支路和负温度系数支路，正温度系数支路产生正温度系数电压，负温度系数产生负温度系数电压，因而通过调整正温度系数支路和负温度系数支路中的参数，可以使得电压钳位模块2的输出电压Vclamp接近于零温度系数，从而提高了输出电压Vclamp的精度和延时。最后，该输出电压Vclamp通过隔离传输模块3进行传输。
如图2所示，所述负温度系数支路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极互连、发射极均接电源负极，所述第一三极管Q1和基极和集电极相互连接。
已知，三极管的基极和发射极之间的电压Vbe具有温度系数，且随着温度的升高而降低，即为负温度系数。从而，本发明的该实施方式中，所述第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压V1be为负温度系数，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压V2be也为负温度系数。并且，由于两者的基极互联，从而第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极电压相等。
进一步的，所述第二三极管Q2的面积是第一三极管Q1的N倍，其中N＞1。而两个基极互联的三极管的Vbe的差值即△Vbe也具有温度系数，并且随着温度的升高而升高，即为正温度系数。由于，只有第二三极管Q2的面积是第一三极管Q1的N倍且N＞1的情况下，△Vbe＝VT*ln(N)，其中VT是正温度系数，从而△Vbe与温度正相关。因此，通过以上特性，从而可以设计正温度系数支路。
具体的，所述正温度系数支路包括第一电阻R1，所述第一电阻R1一端接所述反压保护模块1的输出端，另一端与所述负温度系数支路相串联；所述负温度系数支路还包括第二电阻R2，所述第二三极管Q2的发射极通过第二电阻R2接入电源负极。
因此，由于第二三极管Q2的发射极通过第二电阻R2接入电源负极，从而所述正温度系数支路的正温度系数电压Vtep+为：
从而，所述负温度系数支路中，所述负温度系数电压Vtep-为：
Vtep-＝V1be；
其中，V1be为所述第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压，由于第一三极管Q1的基极和集电极互联，因而V1be也为第一三极管Q1的集电极和发射极之间的电压。
另外，实际上，在本发明中，所述负温度系数支路还包括第一mos管M1和第二mos管M2，所述第一mos管M1和第二mos管M2的栅极互相连接且与第一三极管Q1的基极互联，第一mos管M1和第二mos管M2的输出端分别接入第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极。
因而，所述第一电阻R1并非直接与三极管相连接，而是通过第一mos管M1和第二mos管M2分别与第一三极管Q1和第二三极管Q2相连接，从而，在该电压钳位模块2中继续增加一个可以调节负温度系数的负温度系数支路，以使得电压钳位模块2的输出电压Vclamp更加合理。
具体的，所述第一mos管M1和第二mos管M2均为PMOS管，且阈值电压相同。因而，第一mos管M1和第二mos管M2的源极接第一电阻R1，漏极分别与第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极相连。由于，所述第一mos管M1和第二mos管M2的阈值电压Vth也为负温度系数，因此，在本具体实施方式中，所述负温度系数电压Vtep-实际上为：
Vtep-＝V1be+Vth；
其中，Vth为第一mos管M1和第二mos管M2的阈值电压。
因此，结合负温度系数支路和正温度系数支路，所述电压钳位模块2的输出电压Vclamp为：
从而，经过调整第一电阻R1、第二电阻R2及第一mos管M1和第二mos管M2，可以使得电压钳位模块2的输出电压Vclamp具有较低的温度系数，甚至在理想情况下，可以调整为零温度系数，从而提供低温度系数的钳位后的输出电压Vclamp。因此，利用本发明中的信号发送电路来模拟光耦，可以解决光耦随温度变化大的问题，扩大了应用的场景。
本发明该具体实施方式中的电压钳位模块2，与反压保护模块1相连接，并接收反压保护模块1传递过来的电流信号，从而使得该电压钳位模块2工作。而该电压钳位模块2在工作状态下，可输出钳位后的输出电压Vclamp。并且由于该电压钳位模块2包括正温度系数支路和负温度系数支路，因而该电压钳位模块2的输出电压Vclamp为正温度系数电压和负温度系数电压之和。从而该电压钳位模块2的输出电压Vclamp可以尽可能的为零温度系数，减少温度对输出电压Vclamp的影响。
所述电压钳位模块2还包括环路增益支路，所述环路增益支路包括第三电阻R3、第三三极管Q3；所述第三三极管Q3的基极连接至第二三极管Q2的集电极，发射极接电源负极，集电极通过第三电阻R3连接至电源正极。
进一步的，所述环路增益支路还包括第三mos管M3，所述第三mos管M3为PMOS管，所述第三mos管M3的栅极接入第三电阻R3和第三三极管Q3的集电极之间，所述第三mos管M3的源极接电源正极、漏极接电源负极。
因此，所述第三电阻R3、第三三极管Q3和第三mos管M3提供了环路增益。并且，由于在第三mos管M3导通后，第三mos管M3还可以吸收一部分电流，从而在反压保护模块1输出的电流信号在一定范围内时都可以让电压钳位模块2提供高精度的钳位电压，并为后级的隔离传输模块3供电。并且，由于该环路带宽快、建立时间短，可以实现高速信号的传输。
经过环路增益支路后的输出电压Vclamp，再通过隔离传输模块3传输到后级的信号接收电路。
另外，所述反压保护模块1包括第四mos管M4，所述第四mos管M4为PMOS管，所述第四mos管M4的栅极接入电源负极，源极接电源正极，漏极与所述电压钳位模块2相连接。由于PMOS管的特性是低电平导通，因而电源负极接入的是低电平时，所述第四mos管M4才会导通，以将电源正极的电流传输至电压钳位模块2。而若该电源负极的电压高于电源正极的电压，则第四mos管M4则关断，第四mos管M4内部不会产生电流。从而，所述第四mos管M4可以模拟光耦的反偏截止特性。
综上所述，本发明中提供了一种模拟光耦的信号发送电路，其中，通过设置反压保护模块1，可以模拟光耦的反偏截止特性，当电源正极的电压高于电源负极的电压时，反压保护模块1的第四mos管M4中会有电流流经，并将该电流信号传输给电压钳位模块2；
进一步的，电压钳位模块2中可将输出电压Vclamp钳位，确保输出电压Vclamp的稳定；并且，该电压钳位模块2包括串联的正温度系数支路和负温度系数支路，从而输出电压Vclamp为正温度系数电压和负温度系数电压之和，输出电压Vclamp具有较低的温度系数；
并且，该电压钳位模块2还包括环路增益支路，可以通过环路快速调节，且其中的第三mos管M3还具有电流吸收能力，因而可以在一定的输入电流范围内都能实现高速高精度的电压钳位；
最终，该反压保护模块1和电压钳位模块2可为后级的隔离传输模块3提供稳定的供电，实现光耦的信号传输效果。并且相比传统的光耦，也尽量减少了温度系数的影响，增加了信号传输的精度，延时也较低。且可以适合高速***，并具有较低的共模干扰。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟光耦的信号发送电路，其特征在于，所述信号发送电路包括依次连接的反压保护模块、电压钳位模块及隔离传输模块，所述反压保护模块与电源正极相连通以将电流信号传送至电压钳位模块；所述电压钳位模块包括相互串联的正温度系数支路和负温度系数支路，所述电压钳位模块的输出电压为正温度系数支路两端的正温度系数电压与负温度系数支路两端的负温度系数电压之和。
2.根据权利要求1所述的信号发送电路，其特征在于，所述负温度系数支路包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的基极互连、发射极均接电源负极，所述第一三极管的基极和集电极相互连接。
3.根据权利要求2所述的信号发送电路，其特征在于，所述第二三极管的面积是第一三极管的N倍，其中N＞1。
4.根据权利要求2所述的信号发送电路，其特征在于，所述正温度系数支路包括第一电阻，所述第一电阻一端接所述反压保护模块的输出端，另一端与所述负温度系数支路相串联；所述负温度系数支路还包括第二电阻，所述第二三极管的发射极通过第二电阻接入电源负极。
5.根据权利要求4所述的信号发送电路，其特征在于，所述负温度系数支路还包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和第二mos管的栅极互相连接且与第一三极管的基极互联；所述第一电阻均与第一mos管和第二mos管的输入端相连接，第一mos管和第二mos管的输出端分别接入第一三极管和第二三极管的集电极。
6.根据权利要求5所述的信号发送电路，其特征在于，所述第一mos管和第二mos管均为PMOS管，且阈值电压相同。
7.根据权利要求5所述的信号发送电路，其特征在于，所述电压钳位模块的输出电压Vclamp为：
其中，△Vbe为第二三极管和第一三极管的Vbe电压差，R1为第一电阻，R2为第二电阻，V1be为第一三极管的基极和发射极之间的电压差，Vth为第一mos管的阈值电压。
8.根据权利要求2所述的信号发送电路，其特征在于，所述电压钳位模块还包括环路增益支路，所述环路增益支路包括第三电阻、第三三极管；所述第三三极管的基极连接至第二三极管的集电极，发射极接电源负极，集电极通过第三电阻连接至电源正极。
9.根据权利要求8所述的信号发送电路，其特征在于，所述环路增益支路还包括第三mos管，所述第三mos管为PMOS，所述第三mos管的栅极接入第三电阻和第三三极管的集电极之间，所述第三mos管的源极接电源正极、漏极接电源负极。
10.根据权利要求1所述的信号发送电路，其特征在于，所述反压保护模块包括第四mos管，所述第四MOS管为PMOS管，所述第四mos管的栅极接入电源负极，源极接电源正极，漏极与所述电压钳位模块相连接。
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