[發明專利]具有比較器和隔離輸出的二進制/數字輸入模塊

在審

• 申請號: 201980060180.3
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN112740120A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: S·M·卡利庫帕;A·G·庫巴斯;P·U·拉賈戈帕爾
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H03K19/003
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升

在集成電路(IC)芯片(111)上實施的二進制/數字輸入模塊(100A)具有輸入信道(在IN1_P、IN1_N至INx_P、INx_N上的輸入)，并且針對每個輸入信道包括比較器(C1?Cx)和用于數據(108)的數字隔離電路，該比較器(C1?Cx)被耦接以接收縮放輸入電壓(通過105、107、109的組合來接收)和縮放閾值電壓并且進一步被耦接以提供輸出值，該數字隔離電路被耦接在比較器(C1?Cx)和相應的輸出引腳(OUT1_P、OUT1_N至OUTx_P、OUTx_N)之間以橫跨隔離屏障提供輸出值。

技術領域

本申請總體上涉及具有與被監視的輸入電壓隔離的輸出的二進制輸入模塊和數字輸入模塊(在本文中統稱為輸入模塊)，并且更具體地涉及具有比較器和隔離輸出的二進制/數字輸入模塊。

背景技術

電網基礎設施和工廠自動化裝備都使用諸如保護繼電器、終端單元和可編程邏輯控制器等裝備來監視和控制電網或工廠基礎設施的各種元件中的狀況。這些元件中的一個元件是可以被稱為二進制輸入模塊或數字輸入模塊的輸入模塊。這些輸入模塊的用途的示例可以包括變電站電池監控、機架或變電站主設備互鎖、斷路器狀態指示、一般詢問、發光二極管(LED)測試、故障指示(例如警報)和配置更改，即為新的輸入模塊提供新的設置，以執行不同的功能。輸入模塊作為橫跨發電、輸電和配電的主要資產連接的裝備的一部分進行安裝并且用于保護該資產免受可能導致損壞的故障。來自輸入模塊的輸出電平(無論是二進制的還是數字的)指示被監視的電壓的狀態并允許實施保護算法。許多較舊的系統需要使用分立部件的大型電路板，這些分立部件必須在物理上關斷以改變被監視的狀況。

發明內容

所描述的實施例提供在集成電路(IC)芯片上實施的輸入模塊，該輸入模塊在保持必要的電壓隔離的同時提供靈活性和易于更新的配置控制。該輸入模塊可以被配置為提供二進制(高或低)輸出值的二進制輸入模塊、提供數字輸出值的數字輸入模塊或者可被編程以提供二進制和/或數字輸出值的輸入模塊。出于本申請的目的，二進制/數字輸入模塊可以指代這些配置中的任何一種，或整體地指代所有配置。

片上比較器接收輸入電壓并提供輸出值，該輸出值可以是與閾值進行的比較的二進制結果，也可以是輸入電壓的值。橫跨用于數據的數字隔離電路的輸出值被提供給可耦接到微處理器的輸出引腳。二進制/數字輸入模塊可以被配置為僅接受直流(DC)輸入，即拒絕交流(AC)，或者接受AC和DC兩者；輸入電壓可以從寬電壓范圍選擇，其通常在5V、12V、24V、48V、110V、220V和300V的范圍內。二進制/數字輸入模塊中的電路在5.0V或更低的電壓下工作，因此首先將輸入按比例縮小到合適的范圍以進行處理。

用戶可以選擇輸入類型(AC/DC或僅DC)、輸出類型(二進制和/或數字)和所需的電壓范圍，以及指定可編程閾值以在二進制/數字輸入模塊提供二進制輸出時進行檢測。可以使用耦接到IC芯片上的引腳的外部開關，或者通過對與選擇相關聯的寄存器進行編程，使用數字接口將每個可允許的選擇提供給IC芯片。無需花費數小時的工作，就可以在幾分鐘內管理配置更改。在二進制/數字輸入模塊中提供診斷功能，以確定何時(a)電壓輸入與其指定的輸入范圍不匹配，(b)在指定僅DC時耦接交流電壓，(c)DC連接與反轉的極性耦接，(d)芯片上的一個引腳意外地與另一個引腳短路，或者(e)內部電路出現操作問題。除了提供狀況的警報外，還避免了由a、b和c引起的潛在損壞。

在一方面，本文中描述了在集成電路芯片上實施的二進制/數字輸入模塊的實施例，該二進制/數字輸入模塊具有輸入信道。對于每個輸入信道，二進制/數字輸入模塊包括比較器和用于數據的數字隔離電路，該比較器被耦接以接收縮放的輸入電壓和縮放的閾值電壓并且進一步被耦接以提供輸出值，該用于數據的數字隔離電路被耦接在比較器和相應的輸出引腳之間以提供橫跨隔離屏障的輸出值。

附圖說明

圖1A描繪了根據一個實施例的在IC芯片上實現的二進制/數字輸入模塊的示例。

圖1B描繪了圖1A的IC芯片上的二進制/數字輸入模塊，其中示出了根據一個實施例的一些用戶連接。