CN210075195U - 一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其包括微分电容、微分电阻和正向缓冲器，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和正向缓冲器的输入端相连接，所述微分电阻的第二端与正向缓冲器的输出端相连接构成一个脉冲检测自锁电路，所述正向缓冲器的输出端与信号输出端相连接，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路。本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，正向缓冲器和电阻构成的正反馈自锁电路将脉冲信号还原为数字信号，实现数字信号的隔离传输，本电路结构简单，使用效果好且成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及数字信号传输技术领域。
背景技术
在通信设备或者通信***里经常都会用到数字信号进行通信或者监控***运行状态。但是有时两台设备间不共地，甚至同一台设备里不同模块间也不能共地，这样一来两个设备间或者两个模块间就会有不确定的电势差，如果将他们直接相连就可能会干扰他们的正常运行，造成通信故障，甚至烧坏机器。为解决这一问题，通常会将需要传输的数字信号进行电气隔离后再传输，这样一来就解决了共模干扰的问题，也能正常通信。
现有技术公开了一种基于光电耦合器的数字量隔离电路(申请号：201420194386.X)，该实用新型公开了一种基于光电耦合器的数字量隔离模块，包含第一直流电源、数字量输入接插件、电阻RN、光电耦合器GN、数字量输出接插件和第二直流电源；第一直流电源的正极输出端与数字量输入接插件电源端连接；数字量输入接插件的各输出引脚通过对应的电阻RN连接至其对应的光电耦合器GN的一个输入引脚，第一直流电源的负极输出端分别连接到GN 的另一个输入引脚，二者为GN提供输入信号；第二直流电源的正极输出端连接至各个GN的一个输出引脚，为GN提供输出端反向偏置电压，GN的另一个输出引脚连接至数字量输出接插件对应的输入引脚。
为解决数字信号的隔离传输问题，现有技术常采用光电耦合器或者磁耦器来形成隔离，这种做法虽然可行，但是光电耦合器或者磁耦器价格较高，尤其是有很多路信号需要隔离传输时，如果都使用光电耦合器或者磁耦器进行隔离，成本将会很高。模拟电路中常用电容来隔离直流信号传输交流信号，但是电容只能传输交流信号，不能直接用电容来进行数字信号的隔离传输。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，该电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，正向缓冲器和电阻构成的正反馈自锁电路将脉冲信号还原为数字信号，实现数字信号的隔离传输，该电路结构简单，使用效果好且成本低。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：
一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容、微分电阻和正向缓冲器，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和正向缓冲器的输入端相连接，所述微分电阻的第二端与正向缓冲器的输出端相连接构成一个脉冲检测自锁电路，所述正向缓冲器的输出端与信号输出端相连接，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路。
进一步，所述正向缓冲器包括MOS管一、限流电阻一、MOS管二和限流电阻二，所述MOS管一的栅极为正向缓冲器的输入端，MOS管一的源极接地， MOS管一的漏极与限流电阻一的第一端相连接，所述限流电阻一的第二端与电源相连接，所述MOS管二的栅极与MOS管一和限流电阻一的公共端相连接，所述MOS管二的源极接地，所述MOS管二的漏极与限流电阻二的第一端相连接，所述限流电阻二的第二端与电源相连接，所述正向缓冲器的输出端从MOS 管二和限流电阻二的公共端引出。所述正向缓冲器可以是集成的芯片也可以使用分离器件比如MOS管、三极管搭建，还可以使用偶数级反向缓冲器构成。
进一步，所述微分电阻的第二端还连接有滤波电容，所述滤波电容的另一端接第一信号地。所述滤波电容的设置，为脉冲信号提供了信号回流路径。
RC微分电路可以在数字信号电平跳变的瞬间把数字信号转变为脉冲信号，同时RC微分电路里的电容开始充电或者放电，随着电容充电或者放电的结束，脉冲信号逐渐减小直到0V。而当数字信号继续保持为高电平或者低电平的时候，RC微分电路输出电压一直为0V。所以只需要在RC微分电路后面加一个正向缓冲器并把正向缓冲器的输出信号接到RC微分电路里电阻的另一端组成一个脉冲检测自锁电路就能把脉冲信号还原成数字信号，这样就能实现利用电容和正向缓冲器完成数字信号的隔离传输。
即：当电路开始工作时输入的数字信号是高电平Vih时，在输入信号由0V 跳变为Vih的瞬间RC微分电路输出一个电压为Vih的向上的脉冲信号，一但 Vih高于正向缓冲器U1输入高电平的阈值VT+，则正向缓冲器U1将输出高电平Voh，即微分电阻R1第二端也是高电平Voh，微分电阻R1第一端的电压为脉冲信号加上Voh，正向缓冲器U1输出继续为高电平Voh。之后随着微分电容 C1充电完成，脉冲信号降为0V，微分电阻R1第一端电压为Vih，正向缓冲器 U1输出继续保持为高电平Voh。
当输入的数字信号由高电平Vih跳变为低电平0V，在信号跳变的瞬间， RC微分电路将输出一个电压为-Vih的向下的脉冲信号，此时微分电阻R1第一端的电压为Voh-Vih。只要Voh-Vih小于正向缓冲器U1输入低电平的阈值VT-正向缓冲器U1将输出低电平0V，微分电阻R1第二端电压也是低电平0V，则微分电阻R1第一端电压变为0V-Vih＜0V，于是正向缓冲器U1将继续输出低电平0V。当微分电容C1放电完成后，RC微分电路输出脉冲信号回到0V，则微分电阻R1第一端的信号也为0V，所以正向缓冲器U1将继续保持输出低电平0V，直到输入的数字信号发生由低电平0V到高电平Vih的跳变。
类似的，电路开始工作时若输入的数字信号是低电平0V时，RC微分电路输出电压为0V，正向缓冲器U1输出也为0V，则微分电阻R1第二端也是0V，微分电阻R1第一端保持为0V，正向缓冲器U1输出继续保持为0V。直到输入的数字信号发生由低电平0V到高电平Vih的跳变。
本实用新型的优势在于，本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，正向缓冲器和电阻构成的正反馈自锁电路将脉冲信号还原为数字信号，实现数字信号的隔离传输，本电路结构简单，使用效果好且成本低。
附图说明
图1是本实用新型一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路的电路原理图。
图2是本实用新型具体实施例中正向缓冲器的电路原理图。
图3是本实用新型一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路的数字信号输入的信号波形图。
图4是本实用新型一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路的微分电容输出信号波形图。
图5是本实用新型一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路的微分电容和正向缓冲器输出信号叠加后的波形图。
图6是本实用新型一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路的正向缓冲器输出的信号波形图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图1-6。
一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容、微分电阻和正向缓冲器，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和正向缓冲器的输入端的公共端相连接，所述微分电阻的第二端与正向缓冲器的输出端相连接构成一个脉冲检测自锁电路，所述正向缓冲器的输出端与信号输出端相连接，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路。
所述正向缓冲器包括MOS管一、限流电阻一、MOS管二和限流电阻二，所述MOS管一的栅极为正向缓冲器的输入端，MOS管一的源极接地，MOS 管一的漏极与限流电阻一的第一端相连接，所述限流电阻一的第二端与电源相连接，所述MOS管二的栅极与MOS管一和限流电阻一的公共端相连接，所述 MOS管二的源极接地，所述MOS管二的漏极与限流电阻二的第一端相连接，所述限流电阻二的第二端与电源相连接，所述正向缓冲器的输出端从MOS管二和限流电阻二的公共端引出。所述正向缓冲器可以是集成的芯片也可以使用分离器件比如MOS管、三极管搭建，还可以使用偶数级反向缓冲器构成。
所述微分电阻的第二端还连接有滤波电容，所述滤波电容的另一端接地。所述滤波电容的设置，为脉冲信号提供了信号回流路径。
RC微分电路可以在数字信号电平跳变的瞬间把数字信号转变为脉冲信号，同时RC微分电路里的电容开始充电或者放电，随着电容充电或者放电的结束，脉冲信号逐渐减小直到0V。而当数字信号继续保持为高电平或者低电平的时候，RC微分电路输出电压一直为0V。所以只需要在RC微分电路后面加一个正向缓冲器并把正向缓冲器的输出信号接到RC微分电路里电阻的另一端组成一个脉冲检测自锁电路就能把脉冲信号还原成数字信号，这样就能实现利用电容和正向缓冲器完成数字信号的隔离传输。
即：当电路开始工作时输入的数字信号是高电平Vih时，在输入信号由0V 跳变为Vih的瞬间RC微分电路输出一个电压为Vih的向上的脉冲信号，一但 Vih高于正向缓冲器U1输入高电平的阈值VT+，则正向缓冲器U1将输出高电平Voh，即微分电阻R1第二端也是高电平Voh，微分电阻R1第一端的电压为脉冲信号加上Voh，正向缓冲器U1输出继续为高电平Voh。之后随着微分电容 C1充电完成，脉冲信号降为0V，微分电阻R1第一端电压为Vih，正向缓冲器 U1输出继续保持为高电平Voh。
当输入的数字信号由高电平Vih跳变为低电平0V，在信号跳变的瞬间， RC微分电路将输出一个电压为-Vih的向下的脉冲信号，此时微分电阻R1第一端的电压为Voh-Vih。只要Voh-Vih小于正向缓冲器U1输入低电平的阈值VT-正向缓冲器U1将输出低电平0V，微分电阻R1第二端电压也是低电平0V，则微分电阻R1第一端电压变为0V-Vih＜0V，于是正向缓冲器U1将继续输出低电平0V。当微分电容C1放电完成后，RC微分电路输出脉冲信号回到0V，则微分电阻R1第一端的信号也为0V，所以正向缓冲器U1将继续保持输出低电平0V，直到输入的数字信号发生由低电平0V到高电平Vih的跳变。
类似的，电路开始工作时若输入的数字信号是低电平0V时，RC微分电路输出电压为0V，正向缓冲器U1输出也为0V，则微分电阻R1第二端也是0V，微分电阻R1第一端保持为0V，正向缓冲器U1输出继续保持为0V。直到输入的数字信号发生由低电平0V到高电平Vih的跳变。
本实用新型的优势在于，本电路利用RC微分电路将数字信号转变为脉冲信号，正向缓冲器和电阻构成的正反馈自锁电路将脉冲信号还原为数字信号，实现数字信号的隔离传输，本电路结构简单，使用效果好，与使用光耦器件或者磁耦器件相比，使用本电路成本将会大大降低，尤其是在多路数字信号需要隔离传输的***中。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其特征在于其包括微分电容、微分电阻和正向缓冲器，所述微分电容的第一端与信号输入端相连接，所述微分电容的第二端与微分电阻的第一端和正向缓冲器的输入端相连接，所述微分电阻的第二端与正向缓冲器的输出端相连接构成一个脉冲检测自锁电路，所述正向缓冲器的输出端与信号输出端相连接，所述微分电容和微分电阻组成一个RC微分电路。
2.如权利要求1所述的一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其特征在于所述正向缓冲器包括MOS管一、限流电阻一、MOS管二和限流电阻二，所述MOS管一的栅极为正向缓冲器的输入端，MOS管一的源极接地，MOS管一的漏极与限流电阻一的第一端相连接，所述限流电阻一的第二端与电源相连接，所述MOS管二的栅极与MOS管一和限流电阻一的公共端相连接，所述MOS管二的源极接地，所述MOS管二的漏极与限流电阻二的第一端相连接，所述限流电阻二的第二端与电源相连接，所述正向缓冲器的输出端从MOS管二和限流电阻二的公共端引出。
3.如权利要求1所述的一种基于电容和正向缓冲器的数字信号隔离传输电路，其特征在于所述微分电阻的第二端还连接有滤波电容，所述滤波电容的另一端接第一信号地。
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|---|---|---|---|---|
| CN112290929A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-29 | 上海爻火微电子有限公司 | 信号传输电路及电子设备 |
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