一种数字隔离的模拟量输出电路装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种数字隔离的模拟量输出电路装置，属于模拟量输出技术领域，解决了现有技术需用元器件数量多、电路复杂、不便于调试、成本高、输出线性度差、输出误差大的问题。本发明专利技术公开的所述装置包括微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路、调制电路。数字隔离电路包括前级隔离端和后级隔离端；前级隔离端，与微控制器输出端相连；后级隔离端，与D/A转换电路输入端连接。微控制器输出的控制信号输入前级隔离端，经数字隔离电路的电气隔离形成数字信号，数字信号由后级隔离端输出至D/A转换电路，转换成电压模拟量并经调制电路放大后输出。本发明专利技术装置不但元器件少、结构简单、便于调试，而且使用成本低、输出线性度高、输出误差小。

A digital isolated analog output circuit device

The invention relates to a digital isolated analog output circuit device, which belongs to the technical field of analog output, and solves the problems of large number of components, complex circuit, inconvenient debugging, high cost, poor output linearity and large output error in the prior art. The device disclosed in the invention comprises a microcontroller, a digital isolation circuit, a D/A conversion circuit and a modulation circuit. The digital isolation circuit includes the front isolation terminal and the back isolation terminal; the front isolation terminal is connected with the microcontroller output terminal; and the back isolation terminal is connected with the D/A conversion circuit input terminal. The control signal output by the microcontroller is input to the front isolation end, and the digital signal is formed by the electrical isolation of the digital isolation circuit. The digital signal is output from the back isolation end to the D/A conversion circuit, converted into voltage analog and amplified by the modulation circuit. The device not only has fewer components, simple structure and is convenient for debugging, but also has low cost, high output linearity and small output error.

【技术实现步骤摘要】
一种数字隔离的模拟量输出电路装置
本专利技术涉及模拟量输出
，尤其涉及一种数字隔离的模拟量输出电路装置。
技术介绍
在嵌入式系统研制中，模拟量输出往往是一个不可缺少的重要环节。由于电压模拟量具有直观、便于测量和输入输出等优点，在某些应用场合，经常用其来表示系统数据信息和作为对系统的监测指标，判断系统的工作状态。目前，为了降低噪声干扰、保证电压模拟量传输精度、避免系统之间互相干扰以及对系统的保护，电压模拟量输出接口经常采用电压隔离的方式。如图1所示，现有电压隔离的模拟量输出电路装置包括微控制器、D/A芯片、调制电路1、2、3和隔离光耦，通过隔离光耦将D/A芯片输出的电压模拟量进行了隔离，隔离后的电压模拟量经过调制电路调理后输出，以达到将电压模拟量输出信号与微控制器控制信号进行隔离的目的。由于该电压模拟量输出信号后续需要经过较多环节的信号处理，需要用到的元器件数量较多，而且调制电路复杂、不便于调试，成本也高，但输出线性度却不高，输出误差也大，往往需要使用软件补偿校正输出结果。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种数字隔离的模拟量输出电路装置，用以解决现有技术中需用元器件数量多、电路复杂、不便于调试、成本高、输出线性度不高和输出误差大的问题。一方面，本专利技术实施例提供了一种数字隔离的模拟量输出电路装置，包括微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路；所述数字隔离电路包括前级隔离端和后级隔离端；所述前级隔离端，与微控制器输出端相连；所述后级隔离端，与D/A转换电路输入端连接；所述微控制器输出的控制信号输入所述前级隔离端，经数字隔离电路的电气隔离形成数字信号，所述数字信号由所述后级隔离端输出至所述D/A转换电路，转换成电压模拟量输出。上述技术方案的有益效果如下：本专利技术与
技术介绍
中现有电压隔离的电压模拟量输出电路装置相比，输出精度更高，效果更好。现有电压隔离的电压模拟量输出电路装置输出值与理论输出值相比，误差较大，一般在500mV左右，在实际工作中往往需要通过使用软件对其进行校准。而本专利技术输出值与理论输出值相比误差很小，最大误差为50mV，在不校准的情况下就可以满足一般精度要求的场合。而且，本专利技术装置的电路设计更加简单，所需要用到的元器件更少。本专利技术上述方案能提供一路模拟量输出信号，当最终需要多路电压模拟量输出时，只需要在上述方案基础上增加调制电路，对上述模拟量输出信号幅值的大小进行调制，不需要再增加额外的微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路。因此可以看出，本专利技术和
技术介绍
中现有电压隔离的电压模拟量输出电路装置相比，虽然需要用到的主要元器件种类大致相同，但本专利技术需要用到的主要元器件的数量远远少于
技术介绍
中现有电压隔离的电压模拟量输出电路需要用到的主要元器件的数量，成本极大降低，且结构更加简单，扩展性更好、适用性更广。基于上述方法的另一个实施例中，所述微控制器为支持SPI通信的微型计算机或单片机。上述技术方案的有益效果是：SPI是一种高速的全双工同步通信总线，能够和支持SPI通信的微型计算机或单片机实现良好的实时通信。其PCB布局较为简单，有利于节约空间。因此，所述微控制器可以实时输出控制信号。进一步，所述微控制器为DSP28335芯片；所述控制信号包括MDXA、MCLKXA；其中，所述MCLKXA为时钟信号，设置为下降沿触发；当所述MCLKXA时钟触发时，所述MDXA经所述数字隔离电路的电气隔离形成数字信号。上述进一步方案的有益效果是：DSP28335芯片是TI公司生产的32位军品级浮点数字信号处理器，其处理速度快、温度范围宽，支持SPI通信，具有片内FLASH，最高主频为150MHz，非常适合本专利技术。进一步，所述数字隔离电路包括数字隔离器件、输入滤波电路和保护电路。上述进一步方案的有益效果是：数字隔离器件作为本专利技术数字隔离电路的核心，通过数字隔离器件将前级隔离端的控制信号和后级隔离端的数字信号进行隔离，即通过数字隔离器件将微处理器和D/A转换电路进行隔离。隔离后的D/A转换电路输出的电压模拟量再经过调制电路按比例放大之后输出，进而达到将为控制器输出的控制信号与最终的电压模拟量隔离的目的。进一步，所述数字隔离器件为基于电磁耦合技术的ADUM1300芯片；所述输入滤波电路为RC滤波电路，包括电阻R12、R13、R14和电容C14、C15、C16；所述保护电路包括电阻R15、R16、R17；所述ADUM1300芯片的3、4、5引脚作为输入引脚，分别经所述电阻R12、R13、R14与所述控制信号MFSXA、MDXA、MCLKXA连接，所述3、4、5引脚还分别经旁路电容C14、C15、C16接地；12、13、14引脚作为输出引脚，分别接入所述数字隔离电路，所述12、13、14引脚还分别经所述电阻R17、R16、R15接地；1引脚接3.3V电源，16引脚接5V电源，2、8、9、15引脚接地。上述进一步方案的有益效果是：ADuM1300芯片是ADI公司推出的新产品，它采用的iCoupler技术是基于传统的变压器方法，融合了光耦隔离、半导体设计的优点，隔离效率更高，传输速度更快。该技术把微型变压器集成在半导体中，取消了光电耦合器中的光电转换过程，采用了iCoupler变压器专利技术集成变压器驱动和接收电路，可以方便地应用在高速数字信号和直流信号的传输中。输入滤波电路用于对输入信号滤波，保护电路用于防漏电保护。进一步，所述D/A转换电路包括D/A芯片和外围电路。上述进一步方案的有益效果是：D/A芯片用于将数字隔离电路输出的数字信号转换为电压模拟信号。而外围电路用于使D/A芯片正常工作，本专利技术使用了一种现有的外围电路形式。进一步，所述D/A芯片为AD5644芯片；所述外围电路包括电容C5；所述AD5644芯片的6、7、8引脚作为输入引脚，分别与所述ADUM1300芯片的14、13、12引脚直接连接；5引脚作为输出引脚，接入所述调理电路；9引脚接5V电源，并经旁路电容C5接地；3引脚接地。上述进一步方案的有益效果是：AD5644芯片为4路输出14位D/A芯片，对外接口为SPI接口，可以方便地与微控制器快速通信，且操作容易。外围电路采用现有电路，用于使AD5644芯片正常工作。进一步，所述数字隔离的模拟量输出电路装置还包括调制电路，所述调制电路为减法比例电路，包括运算放大器芯片、正向输入调理电路、反向输入调理电路、正向电源调理电路、反向电源调理电路、输出滤波电路和反馈回路。上述进一步方案的有益效果是：调制电路的主要作用是进行滤波、按比例放大。反馈回路的作用是保证比例放大系数保持不变。正向输入调理电路、反向输入调理电路的作用是限定输入信号幅值范围，本专利技术中限制在0～5V。正向电源调理电路、反向电源调理电路的作用是对电源信号进行调理，使其更加稳定。当数字隔离的模拟量输出电路装置需要输出n路电压模拟量时，只需要在上述方案基础上增加n-1路调制电路即可，而不需要增加微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路，因此，在很大程度上降低了本专利技术的成本。此外，由于模拟量输出信号的大小取决于调制电路的参数，实际使用时改变调制电路的参数即可改变输出信号，因此调试非常方便。进一步，所述运算放大器芯片为OPA2211芯片；所述正向输入调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，包括微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路；所述数字隔离电路包括前级隔离端和后级隔离端；所述前级隔离端，与微控制器输出端相连；所述后级隔离端，与D/A转换电路输入端连接；所述微控制器输出的控制信号输入所述前级隔离端，经数字隔离电路的电气隔离形成数字信号，所述数字信号经所述后级隔离端输出至所述D/A转换电路，转换成电压模拟量输出。

【技术特征摘要】
1.一种数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，包括微控制器、数字隔离电路、D/A转换电路；所述数字隔离电路包括前级隔离端和后级隔离端；所述前级隔离端，与微控制器输出端相连；所述后级隔离端，与D/A转换电路输入端连接；所述微控制器输出的控制信号输入所述前级隔离端，经数字隔离电路的电气隔离形成数字信号，所述数字信号经所述后级隔离端输出至所述D/A转换电路，转换成电压模拟量输出。2.根据权利要求1所述的数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，所述微控制器为支持SPI通信的微型计算机或单片机。3.根据权利要求1或2所述的数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，所述微控制器为DSP28335芯片；所述控制信号包括MDXA、MCLKXA；其中，所述MCLKXA为时钟信号，设置为下降沿触发；当所述MCLKXA时钟触发时，所述MDXA经所述数字隔离电路的电气隔离形成数字信号。4.根据权利要求3所述的数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，所述数字隔离电路包括数字隔离器件、输入滤波电路和保护电路。5.根据权利要求4所述的数字隔离的模拟量输出电路装置，其特征在于，所述数字隔离器件为基于电磁耦合技术的ADUM1300芯片；所述输入滤波电路为RC滤波电路，包括电阻R12、R13、R14和电容C14、C15、C16；所述保护电路包括电阻R15、R16、R17；所述ADUM1300芯片的3、4、5引脚作为输入引脚，分别经所述电阻R12、R13、R14与所述控制信号MFSXA、MDXA、MCLKXA连接，所述3、4、5引脚还分别经旁路电容C14、C15、C16接地；12、13、14引脚作为输出引脚，分别接入所述数字隔离电路，所述12、13、14引脚还分别经所述电阻R17、R16、R15接地；1引脚接3.3V电源，16引脚接5V电源，2、8、9、15引脚接地。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓倩，周林阳，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11