專利名稱：信號隔離接口的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子技術類，特別是關于一種數據采集系統中保證前后級設備故 障隔離的信號隔離接口。
背景技術：
在航空航天領域，各種電子設備的應用環(huán)境相對比較惡劣，在使用過程中不可避 免會存在各種干擾和噪聲信號，這些信號可能影響整個系統的工作。為保護后級設備，隔離 測試電路或被測電路的故障，保證測量結果的有效性和準確性，測試電路與被測電路必須 做到嚴格的電氣隔離，且要求隔離電路應具有較高的精度。常用的隔離方式主要有光電隔離、阻抗隔離等，光電隔離以光為媒介傳輸電信號， 利用發(fā)光二極管的導通特性，實現被測信號的非線性隔離，光電隔離方式主要用于開關量 及數字信號隔離；阻抗隔離則通過隔離電阻產生壓降，來實現信號的隔離，但會影響信號的 測量精度。
發(fā)明內容本實用新型的目的是本實用新型提供了一種通過電磁隔離方式實現被測信號隔 離，從而保證信號測量精度和設備安全的信號隔離接口。本實用新型的技術方案是一種信號隔離接口，其包括信號調理電路、隔離放大 器、隔離電源和可編程運放電路，信號調理電路為同相放大電路，其輸出端連接到隔離放大 器的信號輸入端，所述隔離放大器和隔離電源的輸入級電源分別接地連接，隔離放大器和 隔離電源的輸出級電源也分別接地連接，所述隔離放大器輸出端連接到可編程運放電路。隔離放大器具有一容性隔離柵。隔離放大器的信號輸入端和輸入信號地接入積分電路，積分電路經恒流源與調制 電路相連，同時還有兩路與調制電路一起連接于隔離柵的一端，所述隔離柵的另一端連接 有解調電路，該解調電路一端連接恒流源，同時經采樣保持電路后與連接到隔離放大器的 信號輸出端和信號輸出地。其信號調理電路的同相輸入端連接有電阻R3，反相輸入端連接有電阻R1，且同相 輸入端經電阻R4接地，反相輸入端經電阻R2連接于同相放大電路的輸出端。信號調理電路的電阻Rl = R3，R2 = R4。隔離電源的外部電源和內部電源之間通過變壓器耦合連接。本實用新型的技術效果本實用新型選用隔離電源和隔離放大器設計信號隔離接 口，由隔離電源提供系統內的浮地直流電源，將隔離電源和隔離放大器的輸入級電源和地 分別連接在一起，將隔離電源和隔離放大器的輸出級電源和地分別連接在一起。把信號源 端設備和數據采集系統之間的噪聲干擾的傳輸路徑切斷，保護測試電路和被測電路，抑制 噪聲信號。附圖 說明

圖1是本實用新型信號隔離接口一較佳實施方式的電路圖；圖2是本實用新型信號隔離接口中隔離放大器的結構框圖；圖3是本實用新型信號隔離接口中隔離電源的原理示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明請參閱圖1，其是本實用新型信號隔離接口第一實施方式的電路圖。所述信號隔離 接口包括信號調理電路、隔離放大器、隔離電源和可編程運放電路。其中，所述信號調理電路為同相放大電路，其同相輸入端連接有電阻R3，反相輸入 端連接有電阻R1，且同相輸入端經電阻R4接地，反相輸入端經電阻R2連接于同相放大電路 的輸出端。當信號調理電路的電阻Rl = R3，R2 = R4時，信號調理電路輸出電壓和輸入電 壓之間的關系是Vol = (Vm+-Vm,)* ^通過調節(jié)電阻Rl R4的阻值，可以改變信號調理電路的放大倍數。因此所述信號 調理電路對大信號進行衰減，對小信號進行放大，使信號調理電路輸出電壓在-IOV +IOV 之間。所述信號調理電路輸出端Vol接到隔離放大器的信號輸入端Vin。所述隔離放大器 和隔離電源的輸入級電源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分別接在一起，隔離放大器和隔離電源的 輸出級電源(+Vs_l、-Vs_l)和地(AGND_1)分別接在一起，實現測量電路的前后級完全隔 離，保護測量電路和被測電路正常工作。所述隔離放大器輸出到可編程運放電路，該可編程 運放電路即圖1中的PGA，通過編程設置相應增益系數，適當放大信號。請參閱圖2，其是所述隔離放大器的結構框圖。其中Vin為隔離放大器的信號輸入 端，Coml為輸入信號地，Vout為信號輸出端，Com2為信號輸出地，外部時鐘引腳為外部時鐘 同步模式時外部時鐘輸入端。所述隔離放大器采用一種新型調制-解調技術，以數字方式通過一個2pF容性隔 離柵傳輸信號。圖2中，隔離放大器的信號輸入端和輸入信號地接入積分電路，積分電路對 輸入信號和恒流源進行積分，輸出端與滯回比較電路相連，滯回比較電路差分輸出端連接 于隔離柵，另一端連接比較器Al，Al控制恒流源輸出+IOOuA或-IOOuA電流。所述隔離柵 的另一端連接有解調電路，該解調電路一端連接恒流源，同時也經采樣保持電路后與連接 到信號輸出端和信號輸出地。其中，所述積分電路對輸入信號和士 IOOuA恒流源進行積分，將信號調制為占空 比不同的三角波信號，如果輸入信號Vin = 0，積分電路輸出為占空比為50%的三角波，輸 入信號Vin改變，積分電路輸出三角波占空比相應改變。積分器輸出的三角波信號通過滯 回比較電路，將輸入信號轉換為占空比不同的方波信號。方波信號通過2pF容性隔離柵到 輸出端積分電路。所述隔離柵的采用數字調制方式，不影響信號的完整性，使隔離放大器具有極好 的可靠性和帶寬。解調電路對調制信號進行積分，使輸出電壓Vout和輸入電壓Vin相等， 然后通過采樣保持電路去除解調過程中產生的紋波。[0024]所述隔離放大器有兩種工作方式自由運行方式和同步方式，在自由運行方式下， 隔離放大器獨立工作，具有60kHz帶寬。在同步方式下，隔離放大器可以使內部調制器和一 個外部信號源同步，該性能在減小多通道系統中的差頻誤差和抑制交流信號及其諧波分量 非常有用。
請參閱圖3，其是所述隔離電源的原理示意圖。其中，Vs為電源供電引腳，Vout為 電源輸出引腳，OV為電源地，同步時鐘輸入引腳為外部時鐘同步模式時同步時鐘輸入端。同 步時鐘輸入與電源控制邏輯內的內部時鐘和看門狗相連，而電源供電引腳與電源控制邏輯 的過熱關斷模塊相連，而過熱關斷模塊與看門狗以及功率級相連，同時一重置開關同時連 接內部時鐘、看門狗和功率級。所述隔離電源的基本功能是將外部電源與內部電源隔離，提 供系統內的浮地直流電源。它的電能量傳遞是通過高度絕緣的變壓器直接耦合而完成的。 隔離電源內部時鐘為800kHz，使用推挽式、中間抽頭結構以400kHz頻率轉換電能，通過變 壓器隔離電源前后級，看門狗和過熱關斷保護電路不受破壞。綜上所述本實用新型信號隔離接口以電磁隔離方式實現信號的線性隔離，信號隔 離接口主要包括信號調理電路、隔離放大器、隔離電源、可編程運算電路。其中，信號調理電 路對大信號進行衰減，對小信號進行適當放大。隔離電源采用變壓器隔離方式實現前后級 電源隔離，隔離放大器采用隔離柵方式實現前后級隔離。本實用新型通過將隔離放大器和 隔離電源的輸入級的電源(+Vs、-Vs)和地(AGND)分別連接在一起，將隔離放大器和隔離電 源的輸出級的電源(+Vs_l、-Vs_l)和地(AGND_1)分別連接在一起。把前后兩級噪聲干擾 的傳輸路徑切斷，保護測試電路和被測電路，抑制噪聲信號。輸入信號首先經過同相比例電路，根據需要對輸入信號適當放大或縮小。信號經 過調理后，輸入到隔離放大器輸入端(Vin)，隔離放大器輸出信號送到A/D轉換電路進行采集。因此本實用新型采用隔離電源和隔離放大器實現信號線性隔離，保證信號采集和 測量精度，并將測試設備與被測設備之間的故障隔離，保證測試設備和被測設備安全，抑制
噪聲信號。
權利要求1.一種信號隔離接口，其特征在于包括信號調理電路、隔離放大器、隔離電源和可編 程運放電路，信號調理電路為同相放大電路，其輸出端連接到隔離放大器的信號輸入端，所 述隔離放大器和隔離電源的輸入級電源分別接地連接，隔離放大器和隔離電源的輸出級電 源也分別接地連接，所述隔離放大器輸出端連接到可編程運放電路。
2.根據權利要求1所述的信號隔離接口，其特征在于隔離放大器具有一容性隔離柵。
3.根據權利要求2所述的信號隔離接口，其特征在于隔離放大器的信號輸入端和輸 入信號地接入積分電路，積分電路經恒流源與調制電路相連，同時還有兩路與調制電路一 起連接于隔離柵的一端，所述隔離柵的另一端連接有解調電路，該解調電路一端連接恒流 源，同時經采樣保持電路后與連接到隔離放大器的信號輸出端和信號輸出地。
4.根據權利要求3所述的信號隔離接口，其特征在于其信號調理電路的同相輸入端 連接有電阻R3，反相輸入端連接有電阻R1，且同相輸入端經電阻R4接地，反相輸入端經電 阻R2連接于同相放大電路的輸出端。
5.根據權利要求5所述的信號隔離接口，其特征在于信號調理電路的電阻Rl= R3， R2 = R4。
6.根據權利要求1至5任一項所述的信號隔離接口，其特征在于隔離電源的外部電 源和內部電源之間通過變壓器耦合連接。
專利摘要本實用新型屬于電子技術類，特別是關于一種數據采集系統中保證前后級設備故障隔離的信號隔離接口。所述的信號接口電路包括信號調理電路、隔離放大器電路、隔離電源和可編程運放電路。信號調理電路為同相放大電路，對信號進行適當放大或衰減；隔離放大器以隔離柵方式實現隔離，隔離電源以變壓器實現隔離。將隔離放大器和隔離電源輸入端電源和地連接在一起，輸出端電源和地分別連接在一起，實現被測信號線性隔離?？删幊踢\放電路通過編程設置相應增益。本信號隔離接口通過使用隔離放大器和隔離電源電路，實現測試設備和被測設備電路完全隔離，保護被測設備，抑制信號噪聲，提高信號采集精度和安全性。
文檔編號H03K19/0175GK201860313SQ201020619919
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者宋恒, 徐彤 申請人:陜西千山航空電子有限責任公司