一種數(shù)字信號(hào)隔離器及相應(yīng)的脈寬編解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器及相應(yīng)的脈沖寬度編解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字信號(hào)隔離器主要用于數(shù)字信號(hào)的傳輸，數(shù)字隔離技術(shù)常用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)總線、軍用電子系統(tǒng)、航空航天電子設(shè)備以及醫(yī)療設(shè)備中，尤其是一些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合。使用隔離器的一個(gè)首要原因是為了消除噪聲；另一個(gè)重要原因是保護(hù)器件(或人)免受高電壓的危害。一直以來(lái)，光電耦合都是隔離電路選擇方案的首選，它應(yīng)用廣泛，整個(gè)電路已經(jīng)非常成熟，成本很低。但是隨著現(xiàn)代系統(tǒng)集成度的不斷提高，工作環(huán)境日趨嚴(yán)格，光電耦合隔離方案反應(yīng)慢，功耗大，易老化等無(wú)法克服的缺點(diǎn)暴露無(wú)遺。對(duì)此，美國(guó)ADI公司提出一種基于芯片級(jí)變壓器隔離方案的脈沖調(diào)制iCoupler技術(shù)。該技術(shù)利用芯片大小的微型變壓器電磁耦合效應(yīng)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸。為了跨越隔離柵傳輸數(shù)字信號(hào)，iCoupler把輸入信號(hào)編碼成Ins的脈沖序列，兩個(gè)連續(xù)脈沖表示一個(gè)上升沿，單個(gè)脈沖表示下降沿。CMOS接口電路對(duì)輸入邏輯信號(hào)進(jìn)行脈沖編碼，上升沿編碼為雙脈沖，下降沿編碼為單脈沖。接收端則經(jīng)過(guò)解碼恢復(fù)出信號(hào)邊沿。該技術(shù)消除了光耦合器中光電轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)，功耗僅為光電耦合器的1/10?1/50，并且其電路反應(yīng)速度快，可靠性高，同時(shí)能夠提供數(shù)千伏特的電壓隔離能力?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，采用微型變壓器的數(shù)字隔離器逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光耦合隔離器成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是iCoupler技術(shù)采用脈沖個(gè)數(shù)編碼方法，編解碼方案復(fù)雜，電路不易實(shí)現(xiàn)，且由于其雙脈沖編碼的特定方法必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，傳輸速率受到很大限制，存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器及相應(yīng)的脈沖寬度編解碼方法，本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，電路易于實(shí)現(xiàn)，并且電路響應(yīng)速度比脈沖個(gè)數(shù)編解碼方法更快，能夠?qū)崿F(xiàn)更高頻率的信號(hào)傳輸。
[0004]根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器，所述數(shù)字信號(hào)隔離器包括:濾波單元、編碼單元、微變壓器、整形和濾波單元以及解碼單元，其中:
[0005]所述濾波單元用于對(duì)于輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0006]所述編碼單元與所述濾波單元連接，用于對(duì)于經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)進(jìn)行編碼，其中，所述編碼單元包括上升沿編碼單元、下降沿編碼單元和信號(hào)合成單元；
[0007]所述微變壓器與所述編碼單元連接，用于對(duì)于編碼后的信號(hào)進(jìn)行耦合；
[0008]所述整形和濾波單元與所述微變壓器連接，用于對(duì)于經(jīng)過(guò)微變壓器處理的信號(hào)進(jìn)行整形和濾波處理；
[0009]所述解碼單元與所述整形和濾波單元連接，用于對(duì)于整形和濾波處理后的信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0010]其中，所述上升沿編碼單元用于對(duì)于濾波后信號(hào)的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號(hào)；
[0011]所述下降沿編碼單元用于對(duì)于濾波后信號(hào)的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號(hào)；
[0012]所述信號(hào)合成單元用于將不同寬度的脈沖信號(hào)合成為一路信號(hào)。
[0013]其中，所述第一寬度不同于第二寬度。
[0014]其中，所述信號(hào)合成單元為或門邏輯運(yùn)算部件。
[0015]其中，所述上升沿編碼單元包括第一延時(shí)單元和第一運(yùn)算單元，其中:
[0016]所述第一延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間為Tl，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行延時(shí)處理，得到第一延時(shí)信號(hào)；
[0017]所述第一運(yùn)算單元用于將所述第一延時(shí)信號(hào)與所述輸入信號(hào)進(jìn)行與邏輯運(yùn)算，將輸入信號(hào)的上升沿編碼為脈沖寬度為Tl的高脈沖。
[0018]其中，所述下降沿編碼單元包括第二延時(shí)單元和第二運(yùn)算單元，其中:
[0019]所述第二延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間為T2，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行延時(shí)處理，得到第二延時(shí)信號(hào)；
[0020]所述第二運(yùn)算單元用于將所述第二延時(shí)信號(hào)與所述輸入信號(hào)進(jìn)行或非邏輯運(yùn)算，將輸入信號(hào)的下降沿編碼為脈沖寬度為T2的高脈沖。
[0021]其中，所述解碼單元包括單穩(wěn)態(tài)電路和D觸發(fā)器，其中:
[0022]所述單穩(wěn)態(tài)電路用于將輸入信號(hào)上升沿轉(zhuǎn)化成一固定長(zhǎng)度T的高脈沖信號(hào)輸出，其中，固定長(zhǎng)度T介于Tl與T2之間；
[0023]所述D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端連接編碼信號(hào)，時(shí)鐘端連接所述單穩(wěn)態(tài)電路的輸出，以利用所述單穩(wěn)態(tài)電路輸出信號(hào)對(duì)輸入編碼信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0024]其中，所述D觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)器。
[0025]根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提出一種脈沖寬度編解碼方法，該方法包括以下步驟:
[0026]步驟I，對(duì)于輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0027]步驟2，對(duì)于經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)進(jìn)行編碼；
[0028]步驟3，利用微變壓器對(duì)于編碼后的信號(hào)進(jìn)行耦合；
[0029]步驟4，對(duì)于經(jīng)過(guò)微變壓器處理的信號(hào)進(jìn)行整形和濾波處理；
[0030]步驟5，對(duì)于整形和濾波處理后的信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0031]其中，所述步驟2進(jìn)一步包括以下步驟:
[0032]步驟21，對(duì)于濾波后信號(hào)的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號(hào)；
[0033]步驟22，對(duì)于濾波后信號(hào)的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號(hào)；
[0034]步驟23，將不同寬度的脈沖信號(hào)合成為一路信號(hào)。
[0035]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)為:
[0036]減少了芯片面積。常規(guī)的方法是將原信號(hào)的上升沿和下降沿用不同數(shù)目的脈沖加以區(qū)分，采用這種處理方式的編解碼電路比較復(fù)雜，芯片面積較大。而本發(fā)明采用不同脈寬的脈沖編碼，電路簡(jiǎn)單，芯片面積更小。
[0037]響應(yīng)速度快，工作頻率高。脈沖寬度編解碼過(guò)程減少了信號(hào)傳輸過(guò)程中的延時(shí)，從而提高了電路的工作頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號(hào)波形示意圖；
[0040]圖3-1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的上升沿編碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3-2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的下降沿編碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的解碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的解碼單元各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號(hào)波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器，作為一個(gè)雙端口器件，數(shù)字信號(hào)隔離器的輸入端口與輸出端口之間由于內(nèi)部微變壓器隔離柵的存在實(shí)現(xiàn)了完全的電器隔離，通過(guò)微變壓器的電磁效應(yīng)完成信號(hào)的傳遞。
[0046]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離器，如圖1所示，所述基于微變壓器的數(shù)字信號(hào)隔離電路包括濾波單元、編碼單元、微變壓器、整形和濾波單元以及解碼單元，其中:
[0047]所述濾波單元用于對(duì)于輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0048]所述編碼單元與所述濾波單元連接，用于對(duì)于經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)進(jìn)行編碼；
[0049]其中，所述編碼單元包括上升沿編碼單元、下降沿編碼單元和信號(hào)合成單元，其中:
[0050]所述上升沿編碼單元用于對(duì)于濾波后信號(hào)的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號(hào)；
[0051]所述下降沿編碼單元用于對(duì)于濾波后信號(hào)的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進(jìn)行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號(hào)；
[0052]所述信號(hào)合成單元用于將不同寬度的脈沖信號(hào)合成為一路信號(hào)。
[0053]其中，所述第一寬度不同于第二寬度。
[0054]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信號(hào)合成單元為或門邏輯運(yùn)算部件。
[0055]所述微變壓器與所述編碼單元連接，用于對(duì)于編碼后的信號(hào)進(jìn)行耦合；
[0056]編碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)微變壓器耦合后不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的形變，因此需要設(shè)置整形和濾波單元來(lái)濾除加雜在信號(hào)上的噪聲并將其恢復(fù)為邏輯電平，然后再進(jìn)行解碼。
[0057]所述整形和濾波單元與所述微變壓器連接，用于對(duì)于經(jīng)過(guò)微變壓器處理的信號(hào)進(jìn)行整形和濾波處理；
[0058]所述解碼單元與所述整形和濾波單元連接，用于對(duì)于整形和濾波處理后的信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0059]解碼單元的主要目的就是區(qū)分編碼信號(hào)的脈沖寬度，獲得原信號(hào)的變化信息，進(jìn)而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)的電