新型磁耦合隔離電路設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2011-05-10
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2 磁耦合隔離電路設(shè)計(jì)原理
如果將需要傳輸?shù)牡皖l信號(hào)調(diào)制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調(diào)電路提取出低頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)用磁耦合隔離電路傳輸?shù)皖l信號(hào)的目的。但是這種方法就必須在隔離電路的初、次級(jí)加入調(diào)制和解調(diào)電路，這樣做不僅電路復(fù)雜、功耗較大、而且信號(hào)傳輸?shù)难舆t不可控，因此在電路設(shè)計(jì)中很少采用。本文設(shè)計(jì)的新型磁耦合隔離電路不用調(diào)制和解調(diào)電路就可以實(shí)現(xiàn)低頻和直流信號(hào)的磁耦合隔離傳輸，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小，信號(hào)傳輸延遲很小。
2．1 基本原理
該設(shè)計(jì)的基本原理是：在不大量增加電路成本和不增加信號(hào)傳輸延遲的條件下，設(shè)法使對(duì)低頻信號(hào)的磁耦合隔離傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)高頻信號(hào)的磁耦合隔離傳輸，并在接收端恢復(fù)出需要傳輸?shù)男盘?hào)。
觀察需要傳輸?shù)皖l數(shù)字信號(hào)的波形，它是一位變化的數(shù)字信號(hào)，其特征與一位計(jì)數(shù)器的輸出十分相似。受此啟發(fā)，假設(shè)需要傳輸?shù)男盘?hào)在接收端就是一個(gè)一位計(jì)數(shù)器的輸出，那么對(duì)于此計(jì)數(shù)器，只要知道它的初始狀態(tài)，計(jì)數(shù)脈沖的發(fā)生時(shí)刻，就可以很容易地得到其任意時(shí)刻的輸出波形。在發(fā)送端只需要發(fā)送信號(hào)狀態(tài)變化的信息，在接收端就能夠根據(jù)此信息重建低頻信號(hào)。
2．2 低頻信號(hào)傳輸
如前所述，磁耦合隔離電路的接收端如果用一位計(jì)數(shù)器重建輸出信號(hào)的話(huà)，那么在電路的輸入端就應(yīng)是一位計(jì)數(shù)器的逆，即將輸入的低頻傳輸信號(hào)看作計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，根據(jù)計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)變化反推出計(jì)數(shù)脈沖，再將此計(jì)數(shù)脈沖隔離輸出到接收端，控制接收端輸出的變化，從而實(shí)現(xiàn)在輸出端重建傳輸信號(hào)的功能。
在輸入端根據(jù)低頻傳輸信號(hào)構(gòu)建出的計(jì)數(shù)脈沖的寬度受3個(gè)條件的限制：1)隔離電路傳輸信號(hào)的上限頻率；2)脈沖變壓器的響應(yīng)頻率；3)計(jì)數(shù)器的上限工作頻率。關(guān)于脈沖寬度的選取，在后面的將有詳細(xì)說(shuō)明。
2．3 直流信號(hào)傳輸
計(jì)數(shù)器的初始態(tài)和計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生時(shí)刻決定計(jì)數(shù)器任意時(shí)刻的輸出，為了傳輸直流電平，在電路上電之初，將隔離電路的初級(jí)和次級(jí)復(fù)位到‘0’，如果要傳輸?shù)男盘?hào)為低電平，則隔離電路不會(huì)有計(jì)數(shù)脈沖傳輸，次級(jí)輸出保持低電平不變；加電后后如果傳輸高電平，則相當(dāng)于在電路初級(jí)施加了一個(gè)由低到高的電平跳變，此跳變使初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖并傳輸?shù)酱渭?jí)接收計(jì)數(shù)器，次級(jí)接收計(jì)數(shù)器的輸出在初始電平的基礎(chǔ)上發(fā)生反轉(zhuǎn)，變成高電平輸出，并一直保持到下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)為止。這樣無(wú)論是高電平還是低電平在次級(jí)都會(huì)得到完整恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)直流電平磁耦合隔離傳輸?shù)墓δ堋?br />
3 磁耦合隔離電路的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)磁耦合隔離傳輸?shù)皖l或直流信號(hào)的功能，初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路和次級(jí)接收電路的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，實(shí)現(xiàn)雙向信號(hào)隔離傳輸，這里在一片CPLD中用VHDL語(yǔ)言分別描述實(shí)現(xiàn)初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路和次級(jí)接收電路，圖2是新型磁耦合隔離驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)框圖，它們被配置在一片CPLD中，構(gòu)成磁耦合隔離收發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊，模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在下面詳細(xì)說(shuō)明。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/179136.htm
3．1 初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)
磁耦合隔離電路初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元由Inputs和Drive兩個(gè)模塊組成，其中InputS模塊完成對(duì)輸入電路的復(fù)位，Drive模塊用于產(chǎn)生與輸入信號(hào)狀態(tài)變化相關(guān)的窄脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。兩模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)說(shuō)明如下：
3．1．1 InputS模塊的實(shí)現(xiàn)
為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的電平變化同步，在隔離驅(qū)動(dòng)單元上電時(shí)必須首先對(duì)初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元和接收單元復(fù)位。以保證兩單元的初始態(tài)相同。如果需要隔離傳輸高電平信號(hào)，在復(fù)位過(guò)程結(jié)束后，在初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元必須自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)由低到高的跳變，以便使次級(jí)接收電路同時(shí)把輸出電平由復(fù)位狀態(tài)反轉(zhuǎn)剄高電平，保證初級(jí)、次級(jí)初始電平一致，自動(dòng)產(chǎn)生的由低到高的跳變必須在復(fù)位信號(hào)結(jié)束后再延遲一段時(shí)間，在Drive模塊穩(wěn)定工作后產(chǎn)生。以此保證該跳變沿被Drive模塊響應(yīng)。
評(píng)論