• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 20
    • 下载费用:30 金币  

    重庆时时彩历史乐彩: 传输模拟信号的装置和方法、以及模拟信号复用器.pdf

    关 键 词:
    传输 模拟 信号 装置 方法 以及 复用器
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    摘要
    申请专利号:

    CN201280076476.2

    申请日:

    2012.10.23

    公开号:

    CN104737027A

    公开日:

    2015.06.24

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G01R 15/22登记生效日:20180508变更事项:专利权人变更前权利人:ABB技术有限公司变更后权利人:ABB瑞士股份有限公司变更事项:地址变更前权利人:瑞士苏黎世变更后权利人:瑞士巴登|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 15/22申请日:20121023|||公开
    IPC分类号: G01R15/22 主分类号: G01R15/22
    申请人: ABB技术有限公司
    发明人: 石焕
    地址: 瑞士苏黎世
    优先权:
    专利代理机构: 北京邦信阳专利商标代理有限公司11012 代理人: 梁栋
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201280076476.2

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2018.05.25|||2017.02.15|||2015.07.22|||2015.06.24

    法律状态类型:

    专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本申请公开了传输模拟信号的装置和方法、以及模拟信号复用器。所述装置包括光电耦合器,以接收输入模拟信号,并将输入模拟信号转换成以非线性方式随输入模拟信号变化的输出模拟信号。所述装置还包括非线性校正单元,以接收输出模拟信号并校正非线性,从而输出校正的输出模拟信号。根据本申请,可以用光电耦合器传输模拟信号。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  传输模拟信号的装置,包括:
    光电耦合器,所述光电耦合器被配置成接收输入模拟信号,并将所 述输入模拟信号转换成输出模拟信号,所述输出模拟信号以非线性方式 随所述输入模拟信号变化;以及
    非线性校正单元,所述非线性校正单元被配置成接收所述输出模拟 信号,并对非线性进行校正,以输出校正的输出模拟信号。

    2.  根据权利要求1所述的装置,其中,所述光电耦合器被配置成至 少在其电流转移比双对数坐标中特性曲线的线性区域中工作,所述非线 性校正单元包括校正设备,所述校正设备在双对数坐标中其特性曲线的 至少一部分具有线性特性。

    3.  根据权利要求2所述的装置,其中,所述校正设备与所述光电耦 合器的输出侧串联,包括所述校正单元和所述光电耦合器的组件连接到 恒定电压供给,并且所述光电耦合器的输出侧两端的电压或所述校正单 元两端的电压被取出,作为校正的输出模拟信号。

    4.  根据权利要求3所述的装置,其中,所述校正设备连接在所述恒 定电压供给和所述光电耦合器的集电极侧之间,并且所述光电耦合器两 端的电压被取出,作为校正的输出模拟信号。

    5.  根据权利要求3所述的装置,其中,所述校正设备连接到所述光 电耦合器的发射极侧,并且所述校正设备两端的电压被取出,作为校正 的输出模拟信号。

    6.  根据权利要求3到5任一项所述的装置,其中,所述校正设备包 括至少一个校正二极管或至少一个校正晶体管,所述校正二极管或所述 校正晶体管的结由所述恒定电压供给正向偏置。

    7.  根据权利要求1到6任一项所述的装置,其中,所述非线性校正 单元还包括至少一个输出放大电路,以放大校正的输出模拟信号。

    8.  根据权利要求1到7任一项所述的装置,其中,所述非线性校正 单元还包括电容器,以从校正的输出模拟信号中过滤掉DC分量。

    9.  根据权利要求1到8任一项所述的装置,还包括输入单元,以将 输入电压信号转换成电流信号,作为输入模拟信号。

    10.  根据权利要求9所述的装置,其中,所述输入单元包括放大单元 以放大所述输入电压信号,所述放大单元包括至少一级放大电路。

    11.  根据权利要求10所述的装置,其中,所述至少一级放大电路包 括至少一个功率放大器。

    12.  根据权利要求10所述的装置,其中,所述至少一级放大电路的 最后一级包括晶体管。

    13.  根据权利要求9到12任一项所述的装置,其中,所述输入单元 还包括温度漂移补偿单元,以补偿所述非线性校正单元引起的温度漂移。

    14.  根据权利要求13所述的装置,其中,所述温度漂移补偿单元包 括补偿设备、恒定电流源、以及补偿功率放大器,以将补偿的温度漂移 引入到所述输入电压信号中,所述补偿的温度漂移对应所述非线性校正 单元所引起的温度漂移。

    15.  根据权利要求14所述的装置,其中,所述补偿设备包括至少一 个二极管或至少一个晶体管,所述二极管的正向输入端或所述晶体管的 结连接到所述补偿功率放大器的反相输入端,所述二极管的反相输入端 或所述晶体管的结连接到所述恒定电流源和模拟信号源,参考电压连接 所述补偿功率放大器的非反相输入端。

    16.  根据权利要求14或15所述的装置,其中,所述温度漂移补偿单 元还包括连接到所述补偿功率放大器的输出端的第一电容器,以从所述 输入电压信号中过滤掉DC分量。

    17.  模拟信号复用器,包括多路开关和多个根据权利要求13到16任 一项的传输模拟信号的装置,所述复用器的每个切换信道控制其中一个 所述装置。

    18.  根据权利要求17所述的模拟信号复用器,其中,至少一个切换 信道包括第二电容器,所述第二电容器位于所述多路开关的下游,并被 配置成隔离源自所述多路开关的其它切换信道的干扰电流。

    19.  根据权利要求18所述的模拟信号复用器,其中,所述第二电容 器还用作第一电容器。

    20.  根据权利要求17到19任一项所述的模拟信号复用器,其中,多 个传输模拟信号的装置共享共同的被布置在所述多路开关上游的温度漂 移补偿单元。

    21.  传输模拟信号的方法,包括:
    用光电耦合器将输入模拟信号转换成输出模拟信号,所述输出模拟 信号以非线性方式随所述输入模拟信号变化;以及
    用布置在所述光电耦合器的输出侧的非线性校正单元对非线性进行 校正。

    22.  根据权利要求21所述的方法,其中,所述光电耦合器被配置成 至少在其电流转移比双对数坐标中特性曲线的线性区域中工作,所述非 线性校正单元包括校正设备,所述校正设备在双对数坐标中其特性曲线 的至少一部分具有线性特性。

    23.  根据权利要求22所述的方法,其中,所述校正设备包括至少一 个校正二极管或至少一个校正晶体管,所述校正二极管或所述校正晶体 管由恒定电压供给正向偏置。

    24.  根据权利要求21到23任一项所述的方法,还包括:
    用布置在所述光电耦合器的输入侧的温度漂移补偿单元补偿由所述 非线性校正单元引起的温度漂移。

    25.  根据权利要求24所述的方法,其中,所述温度漂移补偿单元包 括补偿设备,所述补偿设备包括至少一个补偿二极管或至少一个补偿晶 体管,所述补偿二极管或所述补偿晶体管的结正向偏置,以将补偿的温 度漂移引入到所述输入模拟信号中,所述补偿的温度漂移对应由所述非 线性校正单元引起的温度漂移。

    26.  传输模拟信号的装置,包括:
    输入单元,所述输入单元包括至少一级输入放大器电路,以将输入 电压信号转换成电流信号,作为输入模拟信号;
    光电耦合器,所述光电耦合器被配置成将所述输入模拟信号转换成 输出模拟信号,所述输出模拟信号以非线性方式随所述输入模拟信号变 化;
    非线性校正设备,所述非线性校正设备被配置成对非线性进行补偿, 并产生校正的输出模拟信号;以及
    至少一个输出功率放大器电路,所述输出功率放大器电路放大校正 的输出模拟信号;
    其中,所述输入单元还包括温度漂移补偿设备、恒定电流源和温度 漂移补偿功率放大器,以将补偿的温度漂移引入到所述输入电压信号中, 所述补偿的温度漂移对应由所述非线性校正设备引起的温度漂移。

    27.  根据权利要求26所述的装置,其中,所述光电耦合器被配置成 至少在其电流转移比双对数坐标中的线性区域中工作,所述非线性校正 设备包括在双对数坐标中其特性曲线的至少一部分具有线性特性的至少 一个二极管或至少一个晶体管,所述非线性校正设备与所述光电耦合器 的输出侧串联,包括所述非线性校正设备和所述光电耦合器的组件连接 到恒定电压供给,所述光电耦合器的输出侧两端的电压或所述非线性校 正设备两端的电压被取出,作为校正的输出模拟信号。

    28.  根据权利要求26或27所述的装置,其中,所述温度漂移补偿设 备包括至少一个二极管或至少一个晶体管,并且其中,所述温度漂移补 偿设备的正向输入端连接到所述温度漂移补偿功率放大器的反相输入 端,所述温度漂移补偿设备的反相输入端连接到恒定电流源和模拟信号 源,参考电压连接所述温度漂移补偿功率放大器的非反相输入端。

    说明书

    说明书传输模拟信号的装置和方法、以及模拟信号复用器
    技术领域
    本申请涉及模拟信号的传输,尤其涉及传输模拟信号的装置和传输 模拟信号的方法?;固峁┝四D庑藕鸥从闷?,该模拟信号复用器使用了 传输模拟信号的装置。
    背景技术
    模拟信号广泛用在工业自动化中,用于诸如测量输入、模拟控制的 应用中。在80年代后期,HART(Highway Addressable Remote Transducer, 可寻址远程传感器高速通道)协议在模拟信号中增加了频率信号,这将 模拟信号的使用提高到高层次的工业自动化,如智能仪器和资产管理。 这种重要的使用以及严峻的工业环境对信号的精确度和隔离度都提出了 更高的要求,以便传输模拟信号。
    目前,模拟信号隔离有三种方法。第一种方法是使用耐高压的隔离 开关(PhotoMos),第二种方法是使用绝缘线性放大器连同标准模拟开关, 第三种方法是使用线性度更好的变压器连同标准模拟开关。所有这些方 法都可以隔离模拟信号并且传递具有高线性度的信号。且不说这些方法 中所使用的所有部件有多么昂贵,单是它们的尺寸就相对较大,而且不 适于对产品尺寸最小化。
    发明内容
    下文提供了关于本申请的简短概要,以提供对本申请某些方面的基 本理解。然而,应当注意的是,这个概要不是对本申请的详细描述。其 意不在确定本申请的关键部分或重要部分,也不在限制本申请的范围。 其目的仅在于关于本申请以简化的形式提出一些理念,因而只是后文更 详细的描述的前序。
    根据本申请一个方面,提供了传输模拟信号的装置,包括光电耦合 器和非线性校正单元。光电耦合器被配置成接收输入模拟信号,并将输 入模拟信号转换成以非线性方式随着输入模拟信号变化的输出模拟信 号;非线性校正单元被配置成接收输出模拟信号,并对非线性进行校正, 以输出校正的输出模拟信号。
    根据本申请的另一个方面,还提供了模拟信号复用器,包括多路开 关和多个传输模拟信号的装置,复用器的每个切换信道控制其中一个装 置。
    根据本申请的另一个方面,还提供了传输模拟信号的方法,包括: 用光电耦合器将输入模拟信号转换成以非线性方式随着输入模拟信号变 化的输出模拟信号;用布置在光电耦合器输出侧的非线性校正单元对非 线性进行校正。
    根据本申请另一个方面,还提供了传输模拟信号的装置,包括输入 单元、光电耦合器、非线性校正设备、和至少一个输出功率放大器电路。 输入单元包括至少一级输入放大器电路,以将输入电压信号转换成电流 信号,作为输入模拟信号;光电耦合器被配置成将输入模拟信号转换成 以非线性方式随输入模拟信号变化的输出模拟信号;非线性校正设备被 配置成对非线性进行补偿,并产生校正的输出模拟信号;至少一个输出 功率放大器电路放大校正的输出模拟信号。其中,输入单元进一步包括 温度漂移补偿设备、恒定电流源和补偿功率放大器,以将对应于非线性 校正设备引起的温度漂移的补偿温度漂移引入到输入电压信号中。
    附图说明
    参考下文详细的描述并结合附图可以更好地理解本申请,在附图中, 相同或相似的部件使用相同或相似的附图标记。附图连同下文详细的描 述包含在说明书中,并形成说明书的不同部分,用于通过示例进一步阐 述本申请的实施例且说明本申请的原理和优点。其中:
    图1是示出了根据本申请实施例的传输模拟信号的装置的框图;
    图2示出了常用的光电耦合器的电流转移比;
    图3示出了图1所示框图的电路结构的第一实施例;
    图4示出了对图1所示框图的电路结构的第一实施例的修改;
    图5示出了图1所示框图的电路结构的第二实施例;
    图6示出了对图1所示框图的电路结构的第二实施例的修改;
    图7示出了根据本申请实施例的传输模拟信号的装置的另一个框图;
    图8示出了图7所示框图的示例性电路结构;
    图9示出了图7所示框图的另一个示例性电路结构;
    图10示出了图7所述框图的又一个示例性电路结构;
    图11示出了传输模拟信号的装置的另一个实施例的框图,其中,在 输入单元中设置了温度漂移补偿单元;
    图12示出了根据图11所示框图的传输模拟信号的装置的示例性实施 例;以及
    图13示出了根据本申请实施例的模拟信号复用器的示例性电路结 构。
    具体实施方式
    下文将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。出于清楚和简 洁的目的,并非实际实施例的所有特征都在说明书中进行描述。然而, 应当理解的是,为了实现开发者的特定目标,在开发任何这种实际实施 例的过程中,必须针对实施例做出很多决定,例如符合与系统和操作相 关的限制条件,这些限制条件可以根据不同的实施例变化。此外,还应 当理解的是,尽管开发工作非常复杂且耗时,但是这种开发工作对于从 本公开获益的本领域技术人员来说仅仅是日常工作。
    此外,为了防止不必要的细节使本申请难以理解,附图中仅示出了 与本申请的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤,省略了与本申请不 太相关的其它细节。
    此外,本公开中使用的术语“连接”及其变体意在涵盖“直接连接” 和“间接连接”。也就是说,当提到一个设备或电路连接到另一个设备或 电路时,在该设备或电路与该另一个设备或电路之间可以存在(或者不 存在)其它设备和/或电路。
    装置的示意性配置
    与PhotoMos和隔离线性放大器相比,光电耦合器不仅相当小而且还 耐高压。而且,与用于隔离的其它部件相比,常用的光电耦合器的价格 更加便宜。然而,光电耦合器的电流转移比通常是离散的且非线性的。 因此,当使用不同的光电耦合器传输模拟信号时,将在输入模拟信号和 不同的输出模拟信号之间关于不同的光电耦合器产生非线性(离散性)。
    为了克服上述问题,本申请的发明人提出:当常用的光电耦合器用 来传输并隔离模拟信号时,通过在光电耦合器的输出侧增加非线性校正 单元可以校正非线性。在模拟信号被输出之前,输入和输出模拟信号之 间的非线性可以由非线性校正单元校正。因此,可以大大降低在传输期 间消除非线性的高成本,例如使用相当昂贵的隔离开关(例如,PhotoMos 和隔离线性放大器)。
    上述非线性校正单元可以被配置成至少能够产生非线性信号变化, 该非线性信号变化对应于通过光电耦合器传输的输入和输出模拟信号之 间的非线性变化。非线性校正单元设置在光电耦合器的输出侧,因此, 输入和光电耦合器输出的输出模拟信号之间的非线性变化可以被非线性 校正单元产生的相应的非线性信号变化校正(补偿)。
    本申请的发明人注意到,在电流转移比双对数坐标的特性曲线中, 大多数光电耦合器的电流转移比对于小电流来说是线性的。因此,发明 人提出利用光电耦合器的双对数线性范围,并提供了具有相同非线性特 性的校正设备来校正光电耦合器的输出中的非线性。在这种情况下,如 上文所说明的,光电耦合器被配置成至少工作在其电流转移比双对数坐 标中特性曲线的线性区域,并且在通过光电耦合器传输的输入和输出模 拟信号之间发现了非线性传输关系。同时,被设置在光电耦合器输出侧 的非线性校正单元被配置成也工作在双对数坐标中其特性曲线的至少一 部分,从而产生相应的非线性信号变化,使得输入和输出信号之间的非 线性关系被非线性校正单元产生的非线性信号变化校正。如下文将要描 述的,至少一个二极管或至少一个晶体管的结(junct ion)可以作为非 线性校正单元的示例,非线性校正单元在双对数坐标中具有线性特性曲 线。通过这样做,可以以线性方式传递隔离的模拟信号,不仅精确度高, 而且与现有技术相比,该解决方案更加便宜,产品尺寸更小。
    在此,发明人注意到,光电耦合器以及二极管或晶体管的双对数坐 标中特性曲线的至少一部分的线性是其固有性能,需要做的仅仅是使它 们工作在双对数坐标中其特性曲线的线性区域。
    具体地,如图1所示,传输模拟信号的装置包括光电耦合器102和 非线性校正单元104。光电耦合器102被配置成接收输入模拟信号,并将 输入模拟信号转换成以非线性方式随输入模拟信号变化的输出模拟信 号;非线性校正单元104被配置成接收输出模拟信号并校正非线性,从 而输出校正的输出模拟信号。
    在下文的描述中,将对本申请的原理进一步进行详细描述。参考图2, 假设在电流转移比双对数坐标的特性曲线(斜率为k)中光电耦合器的电 流转移比对于小电流(小于1mA)来说是线性的,并且IF1和IC1是线性 双对数坐标中IF和IC的值,则可以得到下面的等式1:
    10lgIC=k*10lg IF-k*10lg IF1+10lg IC1...(Eq 1)
    如从该图可以看到的,尽管不同采样的电流转移比不同(即不同的 光电耦合器采样得到不同的IC或IC1),但是双对数坐标中这些采样的斜 率k被认为几乎相同。因此,基于等式1,我们可以得到等式2、等式3 和等式4。
    I C = I F k * I F 1 - k * I C 1 . . . ( Eq 2 ) ]]>
    ∂ I C ∂ I F = kI F k - 1 * I F 1 - k * I C 1 . . . ( Eq 3 ) ]]>
    Δ I C = k I F k - 1 * I F 1 - k * I C 1 * Δ I F . . . ( Eq 4 ) ]]>
    从稍后的描述中可以看到,当二极管D或晶体管的结(二极管D或 晶体管的结被用作非线性校正设备)的动态电阻RD(用公式表示为VT/IC) 被引入为光电耦合器的输出电阻时,离散的IC(IC1)(即相同的正向输入 模拟信号(电流信号))和IF(关于不同的光电耦合器采样导致不同的或 离散的输出电流的IC(Eq 3和图2所示))引起的ΔIC与ΔIF之间的离散 性可以通过基于上述等式从输出电压UΟ的最终的表达式中消除离散的IC(IC1)被校正,因此,可以获得输入电压UI和输出电压UΟ之间的线性传 输,如稍后将进行描述的Eq 10所示。
    传输模拟信号的装置的非线性校正单元的实施例
    如图3-图6所示,非线性校正单元可以包括校正设备。校正设备可 以包括二极管或晶体管,但不限于此。如图3-图6所示,校正设备可以 与光电耦合器的输出侧串联,包括校正单元和光电耦合器的组件连接到 恒定电压供给,将光电耦合器输出侧两端的电压或者校正单元两端的电 压取出作为校正的输出模拟信号。
    如图3和图5所示,校正设备可以连接在恒定电压供给和光电耦合 器的集电极侧之间,将光电耦合器两端的电压取出作为校正的输出模拟 信号?;蛘?,如图4和图6所示,校正设备可以连接到光电耦合器的发 射极侧,将校正设备两端的电压取出作为校正的输出模拟信号。
    参考图3,对非线性校正单元的第一实施例进行描述。从图中可以看 到,光电耦合器在输入侧接收输入模拟信号IF,并在输出侧将输入模拟 信号IF转换成输出模拟信号IC。如上文所述,输入模拟信号IF和输出模 拟信号IC之间的非线性可以用公式表示为Eq 3和Eq 4。而且,在该图 中,二极管D2用作非线性校正设备。非线性校正二极管D2的正向偏置 输入端连接到恒定电压源VS,反向偏置输入端连接到光电耦合器的集电 极侧。而且,二极管D2的动态电阻RD2可以用下面的等式5表示:
    R D 2 = V T I C . . . ( Eq 5 ) ]]>
    二极管D2的热电压VT可以用等式6表示:
    V T = k B * T K e . . . ( Eq 6 ) ]]>
    其中,kB是玻尔兹曼常数,TK是环境温度(绝对温度),e是元电荷。 可见,二极管的热电压与环形温度成线性关系。
    根据等式2、等式4、等式5和等式6,如果ΔIC与IC比足够小,则 我们可以得到下面的等式7
    Δ U 0 = - Δ I C * R D 2 = kI F k - 1 * I F 1 - k * I C 1 * Δ I F * V T I F k * I F 1 - k * I C 1 = - kI F - 1 * Δ I F * V T - - - ( Eq 7 ) ]]>
    从Eq 7可以看到,通过引入校正设备D2的动态电阻RD2,输出电压 ΔUΟ和输入模拟信号ΔIF之间的IC(IC1)引起的非线性变化或离散变化可 以被消除。即,由于使用不同的光电耦合器而引起的输入模拟信号和输 出模拟信号之间的离散性(非线性)被消除。
    应当注意的是,尽管图3中仅一个二极管用作非线性校正单元,但 是串联连接的两个或更多个二极管也可以用作非线性校正单元?;痪浠?说,至少一个二极管可以用作非线性校正设备。
    图4示出了对图3所示的非线性校正单元的修改。在该修改中,用 作校正设备的二极管D2连接到光电耦合器的发射极侧,并且D2两端的 电压被取出作为校正的输出模拟信号。从图4可以看到,该修改的原理 与第一实施例相同,区别仅在于输出模拟信号的相位与输入模拟信号相 同,因此,Eq 7应为:
    Δ U 0 = I C * R D 2 = kI F k - 1 * I F 1 - k * I C 1 * Δ I F * V T I F k * I F 1 - k * I C 1 = kI F - 1 * Δ I F * V T ]]>
    如在第一实施例中所描述的,在该修改中,多于一个的串联连接的二 极管可以用作非线性校正设备。
    在上述实施例中,至少一个二极管用作非线性校正设备。然而,除了 二极管,至少一个晶体管也可以用作非线性校正单元。
    图5示出了非线性校正单元的第二实施例。除了非线性校正设备D2 被替换为至少一个晶体管T2以外,第二实施例的配置与第一实施例的配 置相同。具体地,如图5所示,晶体管T2的结用作非线性二极管。在这 种情况下,晶体管T2的基极连接到恒定电压源,晶体管T2的发射极连接 到光电耦合器的集电极侧?;痪浠八?,晶体管T2的基极和发射极之间的 结用作非线性校正设备。从图5可以清楚地看到,由于在晶体管T2的该 配置下,其基极和发射极之间的结实际可以被认为是正向偏置的二极管并 且可以用作校正设备,所以第二实施例的原理与第一实施例相同。
    图6示出了对非线性校正单元的第二实施例的修改。如从图6可以看 到的,除了用作非线性校正设备的二极管D2被替换为晶体管T2,电路结 构与第一实施例的修改的电路结构相同?;痪浠八?,晶体管T2的结用作 非线性校正设备。根据上文描述可以理解的是,第二实施例的修改的原理 与上述实施例相同,即晶体管T2的结用作正向偏置二极管,从而起到非 线性校正设备的作用。
    而且,从图3到图6可以看到,非线性校正单元还可以包括电容器CΟ和/或输出放大电路UΟ。在本申请中,电容器CΟ可以用来过滤掉来自光电 耦合器或校正设备的不想要的DC分量,输出放大电路UΟ可以被配置成如 果必要则进一步放大校正的输出模拟信号。
    从上文可以看到,在这些实施例中,IC是Eq 4和Eq 5之间的桥梁, 并且最终被抵消。因此,在非线性校正单元与光电耦合器的输出侧串联的 实施例中,电流IC应既在光电耦合器电流转移比双对数坐标中特性曲线的 线性区域,又在二极管或晶体管双对数坐标中特性曲线的线性区域。
    具有输入单元的传输模拟信号的装置的实施例
    图7示出了根据本申请的传输模拟信号的装置的实施例的另一个框 图。该框图与图1所示的框图之间的区别在于在图7中增加了输入单元 702。
    当使用光电耦合器传输/隔离模拟信号时,通常需要电流信号用作输 入信号。相应地,当输入信号是电压信号时,需要将电压信号转换成电流 信号。因此,提供输入单元,以将通常是电压信号形式的输入模拟信号转 换成电流信号。例如,输入单元702包括放大单元来放大输入电压信号, 放大单元包括至少一级放大电路。
    在放大电路的一个实施例中,至少一级放大电路包括至少一个功率放 大器。图8示出了图7所示的框图的示例性电路结构。在图8中,输入单 元702或放大单元可以包括功率放大器A2、电阻器R2、电阻器R3、和电 阻器R4,功率放大器A2可以被称为转换放大器。当提供的输入信号是电 压信号UF的形式时,该输入信号随后可以被转换成电流信号IF,如下文所 示。
    I F = U F R 4 ]]>
    而且,图9和图10还示出了输入单元的其它实施例。例如,最后一 级放大电路可以包括晶体管。图9示出了示例性电路结构,其中,在转换 放大器A2的输出处增加了放大晶体管T3,从而进一步放大电流分量IF。 图10示出了包括多于一个转换功率放大器A2的多级放大电路用来放大电 流分量IF。
    请注意,尽管在图8-图10中,图的右侧被示出为与图3相同,但是 其也可以体现为与图4-图6相同。
    具有温度漂移补偿单元的传输模拟信号的装置的实施例
    根据本申请的上文的实施例通过消除光电耦合器输出电流IC的离散 性可以校正光电耦合器引起的非线性传输。然而,如从Eq 7可以看到的, 尽管IC所引起的非线性(离散性)被消除了,但是,校正设备的热电压 VT(根据温度TK而变化)被引入到输出电压ΔUΟ中。这相当于非线性校正 二极管D2的温度漂移影响了输出电压ΔUΟ。
    上述实施例可以应用到恒温环境的情况中,其中,环境的影响可以被 忽略,并且VT引起的温度漂移不明显。因此,输入模拟信号和输出模拟信 号之间的非线性被校正,并且不需要进一步的温度漂移补偿。
    然而,在有些情况下,环境温度(诸如在用于实施HART协议的工作 环境中的环境温度)不是恒定的,并且其影响不能被忽略。为了在实践中 利用HART,这种校正二极管引起的温度漂移可以被补偿。本申请的发明 人相应地提出了使用温度漂移补偿单元来补偿非线性校正单元引起的温 度漂移的电路结构。例如,与非线性校正单元相似,温度漂移补偿单元可 以包括补偿设备,补偿设备可以包括至少一个二极管或至少一个晶体管, 从而补偿非线性校正单元引起的温度漂移。然而,补偿设备不限于二极管 或晶体管。下文将详细描述电路的结构。
    参考图11,其中,输入单元1100可以包括温度漂移补偿单元1102 和放大单元1104。应当注意的是,该框图中所示出的放大单元1104起到 图7所示的输入单元702的作用,而温度漂移补偿单元1102被引入为新 的部件,用于补偿非线性校正设备的热电压VT引起的温度漂移。
    图12示出了传输模拟信号的装置的示例性电路结构。电路的左侧部 分示出了温度漂移补偿单元的实施例,温度漂移补偿单元用于补偿非线性 校正设备D2的热电压VT引起的温度漂移。请注意,尽管图12和图13的 其它部分被示出为与图8中相同,但是应当理解的是,图12和图13的其 它部分可以根据上述任何实施例进行实施。
    参考图12,温度漂移补偿单元1102可以包括补偿设备、恒定电流源、 和补偿功率放大器电路,以将对应于校正设备所引起的温度漂移的补偿温 度漂移引入到输入电压信号中。补偿功率放大器电路可以包括补偿功率放 大器A1,补偿功率放大器A1被配置成放大从二极管D1产生的温度漂移补 偿信号,并将其传输到放大单元1104的输入侧。电容器C1可以被设置在 放大器A1的输出侧,电容器C1用来过滤掉从放大器A1输出的不必要的DC 分量。在放大器A1中,其非反相输入端连接到参考电压Vr,从而使放大器 A1保持在适当的线性工作范围,放大器A1的反相输入端连接到温度补偿二 极管D1的正向输入端。恒定电流源IS连接到二极管D1的反相输入端。
    此外,还应当注意的是,在图12的中间部分可以设置没有隔离的常 见的模拟开关S,用于传输模拟信号。在本申请中,通过常用的光电耦合 器而非昂贵的隔离线性开关(例如,PhotoMos)来实现隔离,因此,可以 大大降低模拟信号传输装置的成本。
    根据图12左侧部分示出的电路结构,D1的正向偏置电压被钳位在参 考电压Vr,从而确保了补偿二极管D1是正向偏置的且导通的。同时,因 为恒定电流源IS连接到二极管D1的反相输入端,所以D1的动态电阻可以 用公式表示为RD1=VT/IS(Eq 8)。从图12还可以看到,AC模拟信号源UI叠加在直流电压分量Vr上,使得模拟信号源UI的信号连同从补偿单元生 成的温度漂移补偿信号可以被传递到随后的电路部分,直到光电耦合器的 输入侧。
    进一步参考图12的左侧部分,关于AC电压分量UI和UF,我们可以得 到下面的等式:
    U F R 1 = - U 1 R D 1 ]]>
    而且,通过上述电压-电流变换放大电路,我们可以得到输入模拟信 号ΔIF和UF之间的如下关系式,
    Δ I F = U F R 4 ]]>
    然后,根据上面两个等式以及动态电阻RD1=VT/IS(Eq 8),我们可以 得到下面的等式9:
    Δ I F = U F R 4 = - R 1 R D 1 * R 4 U I = - I S * R 1 V T * R 4 U I . . . ( Eq 9 ) ]]>
    根据等式7和等式9,我们可以得到下面的等式10。其中,由于IS、 R1、R4和IF可以被控制成常量且k对于所有的光电耦合器都相同,所以 VT在最后的等式中被消除,并且输出电压ΔUΟ的改变与输入电压UI呈线性 关系;并且非线性校正设备D2引起的温度漂移被补偿。
    Δ U 0 = kI F - 1 * V T * I S * R 1 V T * R 4 U I = I S * R 1 * kI F - 1 R 4 U I - - - ( Eq 10 ) ]]>
    应当注意的是,在该实施例中,仅一个二极管用作非线性校正设备或 温度漂移补偿设备。然而,多于一个的二极管(例如,两个、三个或更多 个二极管)可以用作线性校正设备或温度漂移补偿设备。
    还应当注意的是,如等式Eq 6所示,热电压VT的值仅取决于玻尔兹 曼常数kB、环境温度TK(绝对温度)、和元电荷e。因此,对用作温度漂 移补偿设备的二极管的类型或参数没有具体的限制。即,只要动态电阻 RD=VT/IS被引入来补偿温度漂移,任何常用的二极管都可以使用。
    而且,如上文所指出的,不仅是二极管,晶体管(至少一个晶体管) 也可以用作温度漂移补偿设备。
    根据上文的描述,可以看出还提供了以下技术解决方案。作为具有光 电耦合器的传输模拟信号的装置的一个实施例,该装置包括输入单元、光 电耦合器、非线性校正设备以及至少一个输出功率放大器电路。输入单元 包括至少一级输入放大器电路,以将输入电压信号转换成电流信号,作为 输入模拟信号;光电耦合器被配置成将输入模拟信号转换成输出模拟信 号,输出模拟信号以非线性的方式随着输入模拟信号变化;非线性校正设 备被配置成补偿非线性并生成校正的输出模拟信号;至少一个输出功率放 大器电路放大校正的输出模拟信号;其中,输入单元还包括温度漂移补偿 设备、恒定电流源和补偿功率放大器,以将对应于非线性校正设备引起的 温度漂移的补偿温度漂移引入到输入电压信号中。
    在另一个实施例中,光电耦合器可以被配置成至少工作在其电流转移 比双对数坐标中特性曲线的线性区域,非线性校正设备包括至少一个二极 管或至少一个晶体管,至少一个二极管或至少一个晶体管在双对数坐标中 其特性曲线的至少一部分具有线性特性,非线性校正设备与光电耦合器的 输出侧串联,包括非线性校正设备和光电耦合器的组件连接到恒定电压供 给,并且光电耦合器输出侧两端的电压或者非线性校正设备两端的电压被 取出作为校正的输出模拟信号。
    在又一个实施例中,温度漂移补偿设备可以包括至少一个二极管或至 少一个晶体管。而且,温度漂移补偿设备的正向输入端连接到补偿功率放 大器的反相输入端,温度漂移补偿设备的反相输入端连接到恒定电流源和 模拟信号源,参考电压连接补偿功率放大器的非反相输入端。
    模拟信号复用器的实施例
    本申请还提供了模拟信号复用器,包括多路开关和多个根据上述任意 实施例的传输模拟信号的装置,复用器的每个切换信道控制其中一个装置 (未示出)。
    在一个实施例中,多个传输模拟信号的装置可以共享共同的布置在多 路开关上游的温度漂移补偿单元。图13示出了这种模拟信号复用器的示 例性电路结构。除了多个没有隔离的模拟开关S0、S1、S2、S3...被添加到 补偿功率放大器A1的输出端,模拟信号复用器的电路结构与上述传输模拟 信号的装置的实施例相同。在该实施例中,复用器的每个切换信道控制其 中一个装置,并且第二电容器C2可以被添加到多路开关的下游,从而隔离 来自多路开关的其它切换信道的干扰分量。
    在图13所示的实施例中,多个使用光电耦合器传输模拟信号的信道 可以共享一个温度漂移补偿单元,温度漂移补偿单元包括二极管D1、放大 器A1、和第一电容器C1。根据本实施例的模拟信号复用器可以通过开关 S0、S1、S2、S3...选择性地选择模拟传输信道。共享一个温度漂移补偿单 元的多个信号传输信道可以进一步降低模拟信号复用器的成本?;褂Φ弊?意的是,如图13可以看出的,第二电容器C2也可以用作第一电容器C1, 用于过滤掉不必要的DC分量。也就是说,对于每个切换信道来说,电容 器C1和电容器C2可以合并为一个。也就是说,电容器C1可以省略。
    传输模拟信号的方法
    根据上文对传输模拟信号的装置的描述,可以看出,本申请还提出了 使用常用的光电耦合器传输模拟信号的方法,如下文所述。当使用光电耦 合器传输模拟信号时,用光电耦合器将输入模拟信号转换成以非线性的方 式随着输入模拟信号变化的输出模拟信号,然后,用布置在光电耦合器输 出侧的非线性校正单元校正光电耦合器的非线性。
    在上述方法中,光电耦合器可以被配置成至少工作在其电流转移比双 对数坐标中特性曲线的线性区域,非线性校正单元可以包括校正设备,校 正设备在双对数坐标中其特性曲线的至少一部分具有线性特性。
    进一步地,用来校正非线性的校正设备可以包括至少一个校正二极管 或至少一个校正晶体管,至少一个校正二极管或至少一个校正晶体管由恒 定电压供给正向偏置。
    在另一个实施例中,非线性校正单元引起的温度漂移可以由布置在光 电耦合器输入侧的温度漂移补偿单元补偿。温度漂移补偿单元可以包括补 偿设备,补偿设备包括至少一个补偿二极管或至少一个补偿晶体管,补偿 二极管或补偿晶体管的结正向偏置,以将对应于非线性校正单元所引起的 温度漂移的补偿温度漂移引入到输入模拟信号中。
    尽管在此对本申请及其优点进行了详细描述,但是应当理解的是,本 领域技术人员可以进行多种更改、替换和修改,并且不背离所附权利要求 限定的本申请的范围和精神。而且,术语“包括”、“包含”或其任何其它 变体意在涵盖非排他性的内容,使得包括一系列元件的步骤、方法、物品、 或设备不仅包含这些元件,还包含没有明确列出或这种步骤、方法、物品 或设备所固有的其它元件。除非进一步限定,限定了元件的句子“包括...” 不排除在包括该元件的步骤、方法、物品或设备中其它相同元件的存在。

    关于本文
    本文标题:传输模拟信号的装置和方法、以及模拟信号复用器.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-5890688.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
  • 七乐彩最新开奖视频 双色球开奖中一个蓝号 时时彩开奖结果记录表 两面盘怎么找规律 彩票双面盘1.995即可享受1.5返水 管家婆网平特一肖稳赚 七星彩单双头尾规律 导师带彩票稳赚不赔骗局 pk10技巧 稳赚六码 体彩每天停售时间 平特一肖独家平 万人龙虎技巧 体彩pk10 赛车pk10技巧规律 玩极速赛车的方法 后二重庆时时彩怎么买稳赚