[發明專利]基于雙光耦的高速雙向通信隔離電路

無效

• 申請號: 201210273608.2
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102857208A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 呂錦柏;王毅
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H04B10/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明涉及一種光耦通信隔離電路，更具體地，本發明涉及一種基于雙光耦的雙向通信隔離電路。

背景技術

在現有的大多數工業控制通信系統中，為了增強系統的穩定性，一般要求在通信系統的主控制模塊與外部功能模塊之間進行通信隔離。為了節約IO資源并方便電路設計，在主控制模塊與外部功能模塊之間常采用SPI，I2C，CAN，單總線等串行通信模式。在以這些通信模式通信時，數據流是雙向的，給通信隔離帶來了不便。目前很多電路采用磁隔離方法解決上述雙向數據通信的隔離問題，然而，由于磁隔離無法識別通信中的靜態電平，如空閑狀態或者通信線長時間處于0或者1電平狀態，為此需要設計額外電路輔助識別。這就加大了電路設計的復雜性，同時也增大了電路的功耗。另外，目前采用的磁隔離芯片成本也較高。

為了克服磁隔離通信系統中存在的上述問題，出現了利用二極管單向導電特性實現通信隔離的雙向通信隔離電路，如圖1所示。該隔離電路雖然實現簡單，但是由于二極管正向導通壓降問題，使系統的低電平偏高，電路穩定性差，對通信光耦的要求也比較苛刻，使用普通光耦不能滿足高速數據通信的要求。同時，由于光耦的工作電流較大，從而使電路對負載的灌電流能力要求偏高，也一定程度上影響電路的穩定性能。

申請號為200910105581.4，發明名稱為“單線雙向通信光隔離電路”的中國專利申請公開了一種基于三極管的雙向通信光耦合隔離電路。在該電路中，分別包括四個三極管的第一和第二輸入輸出自動轉換模塊分別和光耦合隔離模塊電連接，以及較低的成本實現了具有較高可靠性的單個I/O口的雙向通信及光耦隔離。但是，在該隔離電路中，當通信線路處于空閑或者低電平狀態時，兩個光耦將同時導通出現互鎖狀態，使靜態功耗大大增加。當隔離電路傳輸高電平時，必須通過MCU或設備的通信端口將電平強制拉高。因此，在這種隔離電路中，MCU或設備的通信端口必須具有較高的電流驅動能力。此外，強制高電平的輸出形式不符合大部分的物理層通信規范，容易造成出現設備端的電源環流，在直接應用于標準串行總線通信設備時，必然出現通信故障。該隔離電路的通信低電平受限于Q8或Q4的基極-發射極結導通電壓，通常在0.6V甚至更高，這就使電路的抗干擾能力較低，適用范圍窄。

因此，需要一種低成本、低功耗，通信效率高，符合標準串行總線通信規范，適合于串行總線結構的隔離電路。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種雙向通信隔離電路，該電路包括：

第一輸入輸出端，

第二輸入輸出端，

與第一輸入輸出端連接的第一輸入輸出轉換單元，包括第一、第二、第三和第四晶體管；

與第二輸入輸出端連接的第二輸入輸出轉換單元，包括第五、第六、第七和第八晶體管；以及

連接在第一和第二輸入輸出轉換單元之間的光耦隔離單元，該光耦隔離單元包括雙光耦，

其特征在于，

所述第一輸入輸出轉換單元和第二輸入輸出轉換單元具有對等的結構。

優選地，所述第一輸入輸出轉換單元中，第二晶體管的發射極，第三晶體管的發射極，以及第四晶體管的基極分別與第一輸入輸出端耦合；

第一晶體管的基極和第三晶體管的基極分別與第一光耦光敏管的發射極耦合；

第三晶體管的集電極和第四晶體管的發射極分別與第二光耦發光二極管的陽極和陰極耦合；

第二晶體管的基極與第一晶體管的集電極耦合；

第一光耦光敏管的集電極，第一晶體管的集電極，第二晶體管的集電極，第四晶體管的集電極以及第二晶體管的基極接地；并且

所述第二輸入輸出轉換單元中，

第八晶體管的發射極，第五晶體管的發射極，以及第六晶體管的基極分別與第二輸入輸出端耦合；

第七晶體管的基極和第五晶體管的基極分別與第二光耦光敏管的發射極耦合；

第五晶體管的集電極和第六晶體管的發射極分別與第一光耦發光二極管的陽極和陰極耦合；

第八晶體管的基極與第七晶體管的集電極耦合；

第二光耦光敏管的集電極，第七晶體管的集電極，第八晶體管的集電極，第六晶體管的集電極以及第八晶體管的基極接地。

優選地，所述第一、第四、第六和第七晶體管是PNP型三極管，所述第二、第三、第五和第八晶體管是NPN型三極管。