[發明專利]一種數字信號隔離器及相應的脈寬編解碼方法

有效

• 申請號: 201410663223.6
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104935311A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 張峰;李金良
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08;H03K19/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及信號傳輸技術領域，尤其是一種基于微變壓器的數字信號隔離器及相應的脈沖寬度編解碼方法。

背景技術

數字信號隔離器主要用于數字信號的傳輸，數字隔離技術常用于工業網絡環境的現場總線、軍用電子系統、航空航天電子設備以及醫療設備中，尤其是一些應用環境比較惡劣的場合。使用隔離器的一個首要原因是為了消除噪聲；另一個重要原因是保護器件(或人)免受高電壓的危害。一直以來，光電耦合都是隔離電路選擇方案的首選，它應用廣泛，整個電路已經非常成熟，成本很低。但是隨著現代系統集成度的不斷提高，工作環境日趨嚴格，光電耦合隔離方案反應慢，功耗大，易老化等無法克服的缺點暴露無遺。對此，美國ADI公司提出一種基于芯片級變壓器隔離方案的脈沖調制iCoupler技術。該技術利用芯片大小的微型變壓器電磁耦合效應來進行信號傳輸。為了跨越隔離柵傳輸數字信號，iCoupler把輸入信號編碼成1ns的脈沖序列，兩個連續脈沖表示一個上升沿，單個脈沖表示下降沿。CMOS接口電路對輸入邏輯信號進行脈沖編碼，上升沿編碼為雙脈沖，下降沿編碼為單脈沖。接收端則經過解碼恢復出信號邊沿。該技術消除了光耦合器中光電轉換的缺點，功耗僅為光電耦合器的1/10～1/50，并且其電路反應速度快，可靠性高，同時能夠提供數千伏特的電壓隔離能力。基于以上優點，采用微型變壓器的數字隔離器逐步代替傳統的光耦合隔離器成為未來發展的必然趨勢。但是iCoupler技術采用脈沖個數編碼方法，編解碼方案復雜，電路不易實現，且由于其雙脈沖編碼的特定方法必然導致數據處理時間過長，傳輸速率受到很大限制，存在一定的局限性。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于微變壓器的數字信號隔離器及相應的脈沖寬度編解碼方法，本發明原理簡單，電路易于實現，并且電路響應速度比脈沖個數編解碼方法更快，能夠實現更高頻率的信號傳輸。

根據本發明一方面，提出一種基于微變壓器的數字信號隔離器，所述數字信號隔離器包括：濾波單元、編碼單元、微變壓器、整形和濾波單元以及解碼單元，其中：

所述濾波單元用于對于輸入信號進行濾波處理；

所述編碼單元與所述濾波單元連接，用于對于經過濾波的信號進行編碼，其中，所述編碼單元包括上升沿編碼單元、下降沿編碼單元和信號合成單元；

所述微變壓器與所述編碼單元連接，用于對于編碼后的信號進行耦合；

所述整形和濾波單元與所述微變壓器連接，用于對于經過微變壓器處理的信號進行整形和濾波處理；

所述解碼單元與所述整形和濾波單元連接，用于對于整形和濾波處理后的信號進行解碼。

其中，所述上升沿編碼單元用于對于濾波后信號的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號；

所述下降沿編碼單元用于對于濾波后信號的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號；

所述信號合成單元用于將不同寬度的脈沖信號合成為一路信號。

其中，所述第一寬度不同于第二寬度。

其中，所述信號合成單元為或門邏輯運算部件。

其中，所述上升沿編碼單元包括第一延時單元和第一運算單元，其中：

所述第一延時單元的延時時間為T1，用于對輸入信號進行延時處理，得到第一延時信號；

所述第一運算單元用于將所述第一延時信號與所述輸入信號進行與邏輯運算，將輸入信號的上升沿編碼為脈沖寬度為T1的高脈沖。

其中，所述下降沿編碼單元包括第二延時單元和第二運算單元，其中：

所述第二延時單元的延時時間為T2，用于對輸入信號進行延時處理，得到第二延時信號；

所述第二運算單元用于將所述第二延時信號與所述輸入信號進行或非邏輯運算，將輸入信號的下降沿編碼為脈沖寬度為T2的高脈沖。

其中，所述解碼單元包括單穩態電路和D觸發器，其中：

所述單穩態電路用于將輸入信號上升沿轉化成一固定長度T的高脈沖信號輸出，其中，固定長度T介于T1與T2之間；

所述D觸發器的數據端連接編碼信號，時鐘端連接所述單穩態電路的輸出，以利用所述單穩態電路輸出信號對輸入編碼信號進行采樣。

其中，所述D觸發器為下降沿觸發器。

根據本發明另一方面，還提出一種脈沖寬度編解碼方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，對于輸入信號進行濾波處理；

步驟2，對于經過濾波的信號進行編碼；

步驟3，利用微變壓器對于編碼后的信號進行耦合；