新型磁耦合隔離電路設計
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2 磁耦合隔離電路設計原理
如果將需要傳輸的低頻信號調制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調電路提取出低頻信號，可以實現用磁耦合隔離電路傳輸低頻信號的目的。但是這種方法就必須在隔離電路的初、次級加入調制和解調電路，這樣做不僅電路復雜、功耗較大、而且信號傳輸的延遲不可控，因此在電路設計中很少采用。本文設計的新型磁耦合隔離電路不用調制和解調電路就可以實現低頻和直流信號的磁耦合隔離傳輸，而且電路結構簡單、功耗小，信號傳輸延遲很小。
2．1 基本原理
該設計的基本原理是：在不大量增加電路成本和不增加信號傳輸延遲的條件下，設法使對低頻信號的磁耦合隔離傳輸轉變?yōu)閷Ω哳l信號的磁耦合隔離傳輸，并在接收端恢復出需要傳輸的信號。
觀察需要傳輸低頻數字信號的波形，它是一位變化的數字信號，其特征與一位計數器的輸出十分相似。受此啟發(fā)，假設需要傳輸的信號在接收端就是一個一位計數器的輸出，那么對于此計數器，只要知道它的初始狀態(tài)，計數脈沖的發(fā)生時刻，就可以很容易地得到其任意時刻的輸出波形。在發(fā)送端只需要發(fā)送信號狀態(tài)變化的信息，在接收端就能夠根據此信息重建低頻信號。
2．2 低頻信號傳輸
如前所述，磁耦合隔離電路的接收端如果用一位計數器重建輸出信號的話，那么在電路的輸入端就應是一位計數器的逆，即將輸入的低頻傳輸信號看作計數器的輸出信號，根據計數器的輸出信號變化反推出計數脈沖，再將此計數脈沖隔離輸出到接收端，控制接收端輸出的變化，從而實現在輸出端重建傳輸信號的功能。
在輸入端根據低頻傳輸信號構建出的計數脈沖的寬度受3個條件的限制：1)隔離電路傳輸信號的上限頻率；2)脈沖變壓器的響應頻率；3)計數器的上限工作頻率。關于脈沖寬度的選取，在后面的將有詳細說明。
2．3 直流信號傳輸
計數器的初始態(tài)和計數脈沖發(fā)生時刻決定計數器任意時刻的輸出，為了傳輸直流電平，在電路上電之初，將隔離電路的初級和次級復位到‘0’，如果要傳輸的信號為低電平，則隔離電路不會有計數脈沖傳輸，次級輸出保持低電平不變；加電后后如果傳輸高電平，則相當于在電路初級施加了一個由低到高的電平跳變，此跳變使初級驅動電路產生一個計數脈沖并傳輸到次級接收計數器，次級接收計數器的輸出在初始電平的基礎上發(fā)生反轉，變成高電平輸出，并一直保持到下一個計數脈沖到來為止。這樣無論是高電平還是低電平在次級都會得到完整恢復，從而實現直流電平磁耦合隔離傳輸的功能。
3 磁耦合隔離電路的實現
為了實現磁耦合隔離傳輸低頻或直流信號的功能，初級驅動電路和次級接收電路的設計是關鍵，為了實現簡單，調試方便，實現雙向信號隔離傳輸，這里在一片CPLD中用VHDL語言分別描述實現初級驅動電路和次級接收電路，圖2是新型磁耦合隔離驅動模塊的結構框圖，它們被配置在一片CPLD中，構成磁耦合隔離收發(fā)驅動模塊，模塊的設計和實現在下面詳細說明。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/179136.htm
3．1 初級驅動電路的實現
磁耦合隔離電路初級驅動單元由Inputs和Drive兩個模塊組成，其中InputS模塊完成對輸入電路的復位，Drive模塊用于產生與輸入信號狀態(tài)變化相關的窄脈沖驅動信號。兩模塊的VHDL實現說明如下：
3．1．1 InputS模塊的實現
為了保證發(fā)送和接收信號的電平變化同步，在隔離驅動單元上電時必須首先對初級驅動單元和接收單元復位。以保證兩單元的初始態(tài)相同。如果需要隔離傳輸高電平信號，在復位過程結束后，在初級驅動單元必須自動產生一個由低到高的跳變，以便使次級接收電路同時把輸出電平由復位狀態(tài)反轉剄高電平，保證初級、次級初始電平一致，自動產生的由低到高的跳變必須在復位信號結束后再延遲一段時間，在Drive模塊穩(wěn)定工作后產生。以此保證該跳變沿被Drive模塊響應。
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