[發(fā)明專利]一種高速數(shù)字化光纖隔離傳輸裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710810110.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107800481A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;王文廷;張根苗;栗永強(qiáng);布乃紅;王俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
• 主分類號(hào): H04B10/25
• 分類號(hào): H04B10/25
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司37252
• 代理人: 種艷麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速數(shù)字化隔離傳輸控制領(lǐng)域，具體涉及一種高速數(shù)字化光纖隔離傳輸裝置及方法。

背景技術(shù)

在高性能程控高壓直流電源和高電壓源測(cè)單元中，為更好地抑制噪聲干擾，提高系統(tǒng)的電磁兼容性，要求輸入回路與輸出回路之間具有較為嚴(yán)格的電氣隔離。同時(shí)，輸入與輸出側(cè)的信號(hào)參與環(huán)路控制，必須進(jìn)行良好的實(shí)時(shí)通信，才能獲得穩(wěn)定的功率回路閉環(huán)調(diào)整性能。特別是在高電壓源測(cè)單元中，由于輸出電壓為直流高壓，輸出側(cè)的電流檢測(cè)、檔位控制以及保護(hù)控制信號(hào)較為微弱(最小可達(dá)皮安級(jí))，且處于懸浮的高電位上，極易受到噪聲雜訊和環(huán)境的干擾，如果信號(hào)傳輸過(guò)程中沒(méi)有采取適當(dāng)?shù)碾姎飧綦x措施,就會(huì)將干擾信號(hào)引入測(cè)量和控制部分,從而對(duì)控制電路的正常工作產(chǎn)生較大影響,甚至?xí)斐蓹z測(cè)和控制電路的損壞,危及周邊設(shè)備和操作人員的安全。此外，高壓輸出側(cè)的電壓、電流等輸出信號(hào)需要發(fā)送到低壓輸入側(cè)參與閉環(huán)控制，各種檔位控制信號(hào)也要由低壓側(cè)向高壓側(cè)傳遞，這些信號(hào)能否實(shí)時(shí)快速地傳輸，決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，設(shè)計(jì)既能保證高壓側(cè)信號(hào)準(zhǔn)確快速傳輸，又能使輸入側(cè)和輸出側(cè)在電氣上完全隔離的高速傳輸電路，是實(shí)現(xiàn)高性能高電壓源測(cè)功能的關(guān)鍵。

理想的高電壓傳輸電路應(yīng)具有良好的隔離度和實(shí)時(shí)性,在確保良好的電氣隔離基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速傳輸。傳統(tǒng)的信號(hào)隔離傳輸常采用光耦隔離和磁隔離，這兩種隔離方法都有各自的缺點(diǎn)。光耦器件的輸入和輸出之間沒(méi)有直接的電氣關(guān)聯(lián),具有一定的隔離作用,但由于固有的電流傳輸特性,用于模擬信號(hào)的傳輸時(shí)其線性度和精度都較差,用于數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)響應(yīng)速度較慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速精密的隔離傳輸；磁隔離電路只能傳輸交流信號(hào)，傳輸率較低，抗干擾性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)化的隔離傳輸。因此，需要另辟蹊徑，采用新的方法，提高傳輸速率和抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的隔離傳輸性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高速數(shù)字化光纖隔離傳輸裝置及方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高速數(shù)字化光纖隔離傳輸裝置，包括高壓側(cè)單元和低壓側(cè)單元；高壓側(cè)單元和低壓側(cè)單元都包括A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)編解碼器、SERDES電路以及光電轉(zhuǎn)換電路；

A/D轉(zhuǎn)換器，被配置為用于將電壓、電流檢測(cè)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

數(shù)據(jù)編解碼器，被配置為用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和解碼處理，使其適合在光纖中直接傳輸；

SERDES電路，被配置為用于將發(fā)送的低速并行信號(hào)轉(zhuǎn)換成高速串行信號(hào)，同時(shí)將接收的高速串行信號(hào)解串成低速并行信號(hào)；

光電轉(zhuǎn)換電路通過(guò)光纖發(fā)送器與光纖接收器完成電信號(hào)與光信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的光傳輸；其中,光纖發(fā)送器，被配置為用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，光纖接收器，被配置為用于將接收到的光信號(hào)還原為電信號(hào)；

高壓側(cè)的電壓、電流檢測(cè)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，和保護(hù)控制信號(hào)復(fù)用為一路并行數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)編解碼器編碼后，送入SERDES電路轉(zhuǎn)換成高速串行信號(hào)，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路調(diào)制為光信號(hào)，低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換電路將來(lái)自高壓測(cè)的光信號(hào)還原為電信號(hào)，再由低壓側(cè)的SERDES電路解串成低速并行信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)編解碼器解碼后，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)電流檢測(cè)和保護(hù)信號(hào)向低壓側(cè)的傳輸；同理，低壓側(cè)發(fā)送的檔位控制信號(hào)也經(jīng)過(guò)類似的方式向高壓側(cè)傳輸；

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)編解碼器采用FPGA，采用8B/10B編解碼方式進(jìn)行編解碼處理。

優(yōu)選地，采用8B/10B編解碼方式進(jìn)行編解碼處理的具體步驟如下：

步驟1：編碼時(shí)，將16位的并行數(shù)據(jù)送入輸入寄存器，分兩次映射為10位編碼；

步驟2：在編碼表中，選擇K碼采用的編碼方式；

步驟3：發(fā)送端發(fā)送K碼作為接收端邊界判定的可靠標(biāo)志；

步驟4：接收端識(shí)別出編碼的邊界后，進(jìn)行8B/10B解碼工作，如果檢測(cè)到的是10位無(wú)效編碼，則給出相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)示。

優(yōu)選地，高壓側(cè)的FPGA按照8B/10B格式將16位并行數(shù)據(jù)編碼為10位并行數(shù)據(jù)，低壓側(cè)的FPGA按照8B/10B格式將10位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，最終還原為16位的并行數(shù)據(jù)。