[發明專利]一種差分輸入電路及其實現方法

有效

• 申請號: 201410199599.6
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN104022748B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 秦運柏;潘文;姚偉;余志洋;程廣欣
• 申請（專利權）人: 聯合汽車電子有限公司
• 主分類號: H03H1/00
• 分類號: H03H1/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本申請涉及一種差分輸入電路，特別是涉及一種易于判斷故障的差分輸入電路。

背景技術

差分輸入由于具備較強的抗共模干擾能力，因而被廣泛應用于各種電路。請參閱圖1，這是一種現有的差分輸入電路。兩個輸入端in1、in2之間并聯著輸入等效電阻RI和輸入等效濾波電容CI。兩個輸出端out1、out2之間并聯著分壓電阻RD和EMC(電磁兼容性)濾波電容CE。限流電阻一RL1連接著輸入端一in1和輸出端一out1。限流電阻二RL2連接著輸入端二in2和輸出端二out2。外部輸入僅提供有效差分信號，其直流共模偏置電壓完全由后一級處理芯片提供。

圖1所示的差分輸入電路在正常工作時，一對差分信號由輸入端in1、in2進入，流經輸入等效電阻RI和輸入等效濾波電容CI，再經限流電阻一RL1和限流電阻二RL2，流向分壓電阻RD和EMC濾波電容CE，最終將分壓電阻RD上的電壓通過輸出端out1、out2輸出。通常兩個輸出端out1、out2連接到一塊信號處理芯片的兩個輸入端。

差分輸入電路的故障主要包括：兩個輸入端in1、in2短路；輸入端一in1短接外部高電位電源(電壓值高于直流電源電壓)；輸入端一in1短接地；輸入端一in1短接負電源；輸入端二in2短接外部高電位電源；輸入端二in2短接地；輸入端二in2短接負電源。一般的芯片在輸入端都會有內部鉗位或有最大允許共模電壓的要求，以保護端口。當差分輸入電路發生故障時，如果存在干擾或信號波動導致所連接的信號處理芯片的輸入端的鉗位電壓不穩或共模抑制比低，那么該信號處理芯片將無法識別出差分輸入電路的故障從而導致輸出異常。

目前對差分輸入電路進行故障診斷有兩種方案。一種是增加外置采樣電路檢測差分輸入端in1、in2的故障，而這會導致正常工作時的網絡匹配不平衡，影響差分輸入電路的正常工作。另一種是增加軟件處理算法對信號處理芯片的輸出信號進行故障診斷，而這會增加開發成本，且存在靈活性不夠、軟件復雜度高等缺陷。

發明內容

本申請所要解決的技術問題是提供一種差分輸入電路，既易于識別故障，在故障發生時又不會導致所連接的信號處理芯片的輸出異常。

為解決上述技術問題，本申請差分輸入電路，兩個輸入端之間并聯著輸入等效電阻和輸入等效濾波電容，兩個輸出端之間并聯著EMC濾波電容；輸入端一和輸出端一之間串聯著限流電阻一和限流電阻三，輸入端二和輸出端二之間串聯著限流電阻二和限流電阻四；

將限流電阻一和限流電阻三之間稱為節點A，將限流電阻二和限流電阻四之間稱為節點B；在直流電源與節點B之間串聯著鉗位電阻一和反向的鉗位二極管一，在節點B和地之間串聯著反向的鉗位二極管二和鉗位電阻二；在直流電源與節點A之間串聯著鉗位電阻三和反向的鉗位二極管三，在節點A和地之間連接著反向的鉗位二極管四；

所述鉗位電阻一、鉗位電阻二、鉗位電阻三的取值滿足：在差分輸入信號為零，任意輸入端短路到高于直流電源電壓、且鉗位二極管一和鉗位二極管三導通的前提下，輸出端一的電壓值高于輸出端二的電壓值；在差分輸入信號為零，任意輸入端短路到低于地電位、且鉗位二極管二和鉗位二極管四導通的前提下，輸出端一的電壓值高于輸出端二的電壓值；

在直流電源與輸出端二之間連接著直流偏置電阻一，在輸出端二與地之間連接著直流偏置電阻二；在直流電源與輸出端一之間連接著直流偏置電阻三，在輸出端一與地之間連接著直流偏置電阻四；

所述四個直流偏置電阻的取值滿足：在差分輸入信號為零，且兩個輸入信號均沒有外部直流偏置的前提下，輸出端二的電壓值高于輸出端一的電壓值，且高出的幅度小于正常的輸入差分信號的幅值。

本申請所述的差分輸入電路的實現方法，將差分輸入電路的輸出端一、輸出端二分別連接一塊信號處理芯片的正輸入端、負輸入端；同時，要求差分輸入電路的兩個輸入端僅提供有效差分信號而不提供任何直流偏置電壓；

在正常工作時，限定兩個輸入端的輸入信號電壓都在地電壓和直流電源電壓之間，四個鉗位二極管均不導通，由于直流偏置電阻的取值，輸出端二的電壓值高于輸出端一；這便在該信號處理芯片的負輸入端增加了一個檢測門限，該門限小于正常的輸入差分信號的幅值；當輸入端一的輸入信號電壓低于輸入端二時，信號處理芯片的負輸入端電壓高于其正輸入端電壓因而始終輸出第一電平狀態；當輸入端一的輸入信號電壓高于輸入端二時，信號處理芯片的正輸入端電壓高于其負輸入端電壓因而始終輸出第二電平狀態；