[發(fā)明專(zhuān)利]一種隔離放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011142556.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112019173B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳炳天
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海川土微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F1/30
• 分類(lèi)號(hào): H03F1/30
• 代理公司: 北京清大紫荊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11718
• 代理人: 馮振華

本發(fā)明提出一種隔離放大器，包括發(fā)送端、隔離層和接收端；發(fā)送端與隔離層連接，用于放大隔離放大器的輸入信號(hào)，采用閉環(huán)電路調(diào)制放大后的隔離放大器的輸入信號(hào)并生成調(diào)制信號(hào)，并將調(diào)制信號(hào)發(fā)送至隔離層；隔離層的一端連接發(fā)送端，另一端連接接收端，用于作為發(fā)送端與接收端之間的唯一信號(hào)傳輸渠道，將調(diào)制信號(hào)傳輸至接收端；接收端與隔離層連接，用于解調(diào)并放大調(diào)制信號(hào)并輸出放大信號(hào)；其中，調(diào)制信號(hào)的占空比與放大后的隔離放大器的輸入信號(hào)呈線性關(guān)系。本發(fā)明使用閉環(huán)的方法進(jìn)行調(diào)制，有效的抑制了誤差，提升了性能。同時(shí)調(diào)制電路和解調(diào)電路使用幾乎相同的結(jié)構(gòu)，可以更有效的提升精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)控制傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度隔離型的運(yùn)算放大器。

背景技術(shù)

隔離器是一種將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出的元器件。輸入，輸出和工作電源三者相互隔離，特別適合與需要電隔離的設(shè)備儀表配用。隔離器又名信號(hào)隔離器，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部分。

現(xiàn)有技術(shù)1: 最原始的隔離傳輸模擬信號(hào)的解決方案是光耦(Optocoupler), 如附圖1所示。線性光耦的輸出端與輸入端的電流呈正相關(guān)的特性，但是受器件本身特性限制，其精度較低，而且它的傳輸特性隨著溫度以及老化等因素會(huì)發(fā)生明顯變化，有不可忽視的缺陷。

現(xiàn)有技術(shù)2: 一種簡(jiǎn)單的隔離模擬信號(hào)傳輸方案是PWM調(diào)制，如附圖2所示。在輸入端使用一個(gè)高速比較器，將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)化為輸出PWM信號(hào)的占空比。PWM信號(hào)通過(guò)數(shù)字隔離器傳輸?shù)搅硪粋?cè)，由濾波器直接進(jìn)行濾波，求出PWM信號(hào)的平均值，便可以恢復(fù)成模擬信號(hào)。但是這種方法也有一些不足之處：首先，為了不產(chǎn)生失真，三角波的峰峰值必須完全覆蓋輸入端的電壓擺幅，而軌到軌的三角波比較難以生成。其次，輸出端濾波器比較難做，而且會(huì)嚴(yán)重限制帶寬。最后，電路的精度難以控制，不利于大批量生產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)3: 一種較為流行的方法是采用Σ-Δ ADC，如附圖3所示。輸入端使用Σ-Δ調(diào)制器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后在輸出端使用高階濾波器將其恢復(fù)成模擬信號(hào)。這種方法具有非常高的精度，但是其電路復(fù)雜，功耗高，帶寬較低，成本高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種隔離放大器，使用閉環(huán)的方法進(jìn)行調(diào)制，有效的抑制了誤差，提升了性能。同時(shí)調(diào)制電路和解調(diào)電路使用幾乎相同的結(jié)構(gòu)，可以更有效的提升精度。

為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案為：

一種隔離放大器，包括發(fā)送端、隔離層和接收端；

所述發(fā)送端與所述隔離層連接，用于放大所述隔離放大器的輸入信號(hào)，采用閉環(huán)電路調(diào)制放大后的所述隔離放大器的輸入信號(hào)并生成調(diào)制信號(hào)，并將所述調(diào)制信號(hào)發(fā)送至所述隔離層；

所述隔離層的一端連接所述發(fā)送端，另一端連接所述接收端，用于作為所述發(fā)送端與所述接收端之間的唯一信號(hào)傳輸渠道，將所述調(diào)制信號(hào)傳輸至所述接收端；

所述接收端與所述隔離層連接，用于解調(diào)并放大所述調(diào)制信號(hào)并輸出放大信號(hào)；

其中，所述調(diào)制信號(hào)的占空比與所述放大后的隔離放大器的輸入信號(hào)呈線性關(guān)系；

所述發(fā)送端包括主運(yùn)放、發(fā)送端運(yùn)放、比較器、三角波發(fā)生器、發(fā)送端電阻、積分電容、第一電荷泵和調(diào)制器；

所述主運(yùn)放的正相輸入端和反相輸入端為所述隔離放大器的輸入端；所述主運(yùn)放的輸出端通過(guò)所述發(fā)送端電阻同時(shí)連接所述發(fā)送端運(yùn)放的反相輸入端、所述積分電容的一端和所述第一電荷泵的輸出端；

所述發(fā)送端運(yùn)放的正相輸入端接入電壓基準(zhǔn)，輸出端同時(shí)連接所述積分電容的另一端和所述比較器的反相輸入端；

所述比較器的正相輸入端連接所述三角波發(fā)生器的輸出端，輸出端連接所述電荷泵的入口和所述調(diào)制器的入口；

所述調(diào)制器的出口連接所述隔離層的一端；