[發(fā)明專利]一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法及隔離電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811576261.2
• 申請日: 2018-12-22
• 公開（公告）號: CN109541272A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬愛民;羅少軒;李瑜慶
• 申請（專利權(quán)）人: 蚌埠學院
• 主分類號: G01R1/30
• 分類號: G01R1/30
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務(wù)所有限公司 34102
• 代理人: 王琪

本發(fā)明公開了一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法及隔離電路，是將模擬信號作為調(diào)制信號，較高頻的方波信號作為載波信號，利用高頻變壓器作為模擬乘法器，將模擬信號與方波信號通過模擬乘法器進行時域乘積得到調(diào)幅波，再利用同步解調(diào)方法對調(diào)幅波進行解調(diào)后再進行低通濾波以還原原來的模擬信號。本發(fā)明采用變壓器耦合隔離同樣可以起到阻斷干擾信號的傳播路徑的作用，不同于光電耦合模擬信號隔離電路具有溫度穩(wěn)定性較差的缺點，變壓器耦合模擬信號隔離電路具有較佳的溫度穩(wěn)定性，結(jié)合信號的調(diào)制與解調(diào)，將變壓器作為時域內(nèi)的模擬乘法器，可以較為方便地實現(xiàn)模擬信號的隔離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬信號隔離變換應用領(lǐng)域，具體是一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法及隔離電路。

背景技術(shù)

在很多的應用場合，尤其是具有強干擾源的應用現(xiàn)場，模擬信號尤其是低頻的模擬信號容易受到其他干擾信號如電磁信號、高頻數(shù)字信號等的干擾，從而導致模擬信號在傳輸?shù)倪^程中往往會疊加無用的各類干擾信號，導致信噪比不高，影響檢測系統(tǒng)對模擬信號采集的精度，使得模擬信號檢測系統(tǒng)的總體精度下降。通常情況下，通過切斷干擾信號的傳播路徑及將相對低頻的模擬信號推至高頻區(qū)是去除干擾信號和提高信噪比的有效方法。目前，常用的去除干擾信號的方法有以下幾種：1)單純采用選頻網(wǎng)絡(luò)，通過對有用信號及干擾信號的頻譜分析設(shè)計帶通、帶阻、低通及高通等濾波電路，但其實用性受到干擾信號的頻率成分多樣的限制，效果有限；2)采用光電耦合模擬隔離電路對模擬信號進行隔離，該方法目前應用較為廣泛，但其溫度穩(wěn)定性相對較差；3)采用微控制器為核心，先對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后再對數(shù)字量進行數(shù)字光電式隔離，該種隔離方法在一些干擾強度不大的應用場合有一定的效果，但是在較強的干擾環(huán)境下，在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，被轉(zhuǎn)換的模擬信號極有可能已經(jīng)疊加了相當部分的干擾信號，造成轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與有用的模擬信號存在著一定的失真；4)采用價格昂貴的集成模擬信號隔離芯片，其隔離效果較好，但成本高，從而制約了其應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法及隔離電路，相比于光電耦合對模擬信號進行隔離的方法，變壓器耦合隔離同樣可以起到阻斷干擾信號的傳播路徑的作用，變壓器耦合模擬信號隔離電路具有較佳的溫度穩(wěn)定性，可以較為方便地實現(xiàn)模擬信號的隔離。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法，將模擬信號作為調(diào)制信號，較高頻的方波信號作為載波信號，利用高頻變壓器作為模擬乘法器，將模擬信號與方波信號通過模擬乘法器進行時域乘積得到調(diào)幅波，再利用同步解調(diào)方法對調(diào)幅波進行解調(diào)后再進行低通濾波以還原原來的模擬信號。

一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離方法，首先模擬信號經(jīng)幅值變換后的單極性信號和方波載波信號進入調(diào)制器內(nèi)進行調(diào)制得到調(diào)幅波；調(diào)幅波再利用解調(diào)器進行同步解調(diào)，同步解調(diào)后的調(diào)幅波經(jīng)低通濾波電路進行濾波，剩下與原始模擬信號頻譜相似的低頻信號，最后與原始模擬信號頻譜相似的低頻信號通過幅值變換還原原始的模擬信號。

一種基于變壓器耦合的模擬信號隔離電路，包括有幅值變換電路、調(diào)制及同步解調(diào)濾波電路和幅值逆變換電路；

所述的幅值變換電路包括有傳感器接口JP1、零位調(diào)節(jié)電路、儀器放大器U1、精密運算放大器U2、電位器RG及若干電容和電阻，所述的零位調(diào)節(jié)電路連接于傳感器接口JP1的IN+引腳上，傳感器接口JP1的IN+引腳與儀器放大器U1的同相輸入端連接，傳感器接口JP1的GND引腳與儀器放大器U1的反相輸入端連接，儀器放大器U1的輸出端與精密運算放大器U2的同相輸入端連接，精密運算放大器U2的反相輸入端通過電位器RG接地，精密運算放大器U2的輸出端作為幅值變換電路的輸出端輸出幅值變換后的單極性信號Vin1；