一种电压信号隔离转换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电压信号隔离转换系统，包含：信号输入级芯片，其内部设有调制电路；信号隔离电容，接收信号输入级芯片中的调制电路输出的第一调制信号，并进行隔离的电容耦合，电容耦合后的第二调制信号通过解耦还原形成第三调制信号；信号输出级芯片，内部设有解调电路，第三调制信号经过解调电路后输出PWM、I

A Voltage Signal Isolation and Conversion System

【技术实现步骤摘要】
一种电压信号隔离转换系统
本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及在信号处理领域中的一种电压信号隔离转换系统。
技术介绍
模拟信号的隔离转换是多电压域电子电气系统中的重要技术手段，以确保系统的可靠性、安全性等指标。模拟信号隔离转换存在三个重要的技术指标，一是转换精度，二是隔离能力，三是转换速度。在产品的应用中还会涉及到成本的考量。目前行业常用的方法是通过ADC(模数转换器)加数字接口隔离芯片，或者通过隔离运放加单片机的方式采集，再配合上一个隔离电源，便可以实现模拟信号的隔离采集。但是不管是选用哪种技术，或者价格昂贵，不适合大规模量产，或者性能不足，应用要求无法满足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电压信号隔离转换系统，基于25％-75％占空比调制解调技术进行信号隔离传输，从原理上允许单个电容就可以实现信号的隔离传输，所以，本专利技术同时使用电容器作为信号隔离器件，使用变压器或者电容器作为电源隔离器件，精简了隔离传输的媒介，并且将信号传输和电源传输的控制功能功能集成在前后两个控制芯片内，增加了系统的集成度，有效地提高了系统的稳定性，降低了成本。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种电压信号隔离转换系统，包含：信号输入级芯片，其内部设置有调制电路，将所述信号输入级芯片的输入信号向变化占空比的第一调制信号转换；一个或一对信号隔离电容，每个所述信号隔离电容接收所述调制电路输出的所述第一调制信号，将所述第一调制信号进行隔离的电容耦合，输出电容耦合后的第二调制信号；信号输出级芯片，其内部设置有检测电路，将所述第二调制信号解耦还原形成第三调制信号，所述第三调制信号经过所述信号输出级芯片中的解调电路后的信号作为输出信号输出；电源隔离变压器或者一对电源隔离电容，所述一对电源隔离电容分别接收由电源供电的所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号，输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源；或者，所述电源隔离变压器的源极绕组与所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号连接并作为输入，所述电源隔离变压器的次级绕组输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源。优选地，所述信号输入级芯片输出的第一调制信号为时钟信号，所述第一调制信号的每个周期的高电平占空比为25％或者75％，，则低电平占空比分别为75％或75％。优选地，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述第一调制信号上占空比为75％的周期数目或占空比为25％的周期数目均与总周期数目的比例与所述输入信号的电压值呈线性关系。优选地，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为PWM信号时，且该PWM信号的占空比与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系。优选地，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述第一调制信号的频率与所述信号输入级芯片的输入信号的电压值呈线性关系。优选地，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述第一调制信号的周期与所述信号输入级芯片的输入信号的电压值呈线性关系。优选地，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为电压信号时，且该电压信号与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系；或者，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为I2C协议信号，可通过I2C协议读取所述输入信号的相关数据，此读取的数据值与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系；或者，所述输入电源正极信号和所述输入电源负极信号分别产生所述信号输入级芯片内部的正极端电源信号VVCC和负极端电源信号VGND，所述正极端电源信号VVCC和所述负极端电源信号VGND之间连接有第一去耦电容。优选地，所述一对互补的时钟驱动信号的频率相同且电平相反；所述一对互补的时钟驱动信号由所述信号输出级芯片中的振荡器电路输出，并输出连接至所述一对电源隔离电容，所述一对电源隔离电容将电荷分别传递到所述信号输入级芯片的所述输入电源负极信号和输入电源正极信号的接口；所述信号输入级芯片内部设置有电荷泵解调电路，其与所述一对电源隔离电容构成电荷泵电路，将所述电荷传输到所述正极端电源信号VVCC和所述负极端电源信号VGND之间的所述第一去耦电容上，支持所述信号输入级芯片的电源消耗。优选地，所述电荷泵解调电路设置有CMOS电荷泵电路，所述CMOS电荷泵电路包含第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管；所述输入电源正极信号的接口连接到所述第一NMOS晶体管和所述第一PMOS晶体管的栅极以及所述第二NMOS晶体管和所述第二PMOS晶体管的漏极；所述输入电源负极信号的接口连接到所述第二NMOS晶体管和所述第二PMOS晶体管的栅极以及所述第一NMOS晶体管和所述第一PMOS晶体管的漏极；所述第一NMOS晶体管和所述第二NMOS晶体管的源极相接并作为所述信号输入级芯片的负极端电源信号VGND，所述第二NMOS晶体管和所述第二PMOS晶体管的源极相接并作为所述信号输入级芯片的正极端电源信号VVCC。优选地，所述电源隔离变压器的次级绕组的中间抽头作为输入电源负极，所述电源隔离变压器的次级绕组的两端抽头分别通过第一二极管和第二二极管并接后作为输入电源正极，并且在所述输入电源正极和所述输入电源负极之间连接有第二去耦电容；或者，所述电源隔离变压器的次级绕组的一端作为输入电源负极，所述电源隔离变压器的次级绕组的另一端通过第三二极管后作为输入电源正极，并且在所述输入电源正极和所述输入电源负极之间连接有第三去耦电容。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术同时使用电容器作为信号隔离器件以及使用变压器或者电容器作为电源隔离器件，同时实现了电源和信号的隔离，精简了隔离传输的媒介，且通过选择不同的隔离电容和隔离变压器，可以实现不同性能的隔离能力；(2)本专利技术将信号传输和电源传输的控制功能功能集成在前后两个控制芯片内，保证了信号输入级芯片和信号输出级芯片之间的电气隔离，增加了系统的集成度，有效地提高了系统的稳定性，降低了成本；(3)本专利技术的外部电源只需要给信号输出级芯片供电，输入级芯片通过电源信号PWR_P与PWR_N供电，无需外部其他电源供电。附图说明图1为本专利技术的实施例一的信号隔离传输电路示意图；图2为本专利技术的实施例二的信号隔离传输电路示意图；图3为本专利技术的实施例三的信号隔离传输电路示意图；图4为本专利技术的实施例四的信号隔离传输电路示意图；图5为本专利技术的变压器电源传输模块实施例1电路图；图6为本专利技术的典型电荷泵电路图；图7为本专利技术的电压信号隔离转换系统示意图；图8为本专利技术的变压器电源传输模块实施例2电路图。具体实施方式通过阅读参照图1-图8所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的特征、目的和优点将会变得更明显。参见示出本专利技术实施例的图1-图7，下文将更详细的描述本专利技术。然而，本专利技术可以由许多不同形式实现，并且不应解释为受到在此提出的实施例的限制。如图1-图8所示，本专利技术提供的一种电压信号隔离转换系统同时使用电容器作为信号隔离器件以及使用变压器或者电容器作为电源隔离器件，精简了隔离传输的媒介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压信号隔离转换系统，其特征在于，包含：信号输入级芯片，其内部设置有调制电路，将所述信号输入级芯片的输入信号向变化占空比的第一调制信号转换；一个或一对信号隔离电容，每个所述信号隔离电容接收所述调制电路输出的所述第一调制信号，将所述第一调制信号进行隔离的电容耦合，输出电容耦合后的第二调制信号；信号输出级芯片，其内部设置有检测电路，将所述第二调制信号解耦还原形成第三调制信号，所述第三调制信号经过所述信号输出级芯片中的解调电路后的信号作为输出信号；电源隔离变压器或者一对电源隔离电容，所述一对电源隔离电容分别接收由电源供电的所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号，输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源；或者，所述电源隔离变压器的源极绕组与所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号连接并作为输入，所述电源隔离变压器的次级绕组输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种电压信号隔离转换系统，其特征在于，包含：信号输入级芯片，其内部设置有调制电路，将所述信号输入级芯片的输入信号向变化占空比的第一调制信号转换；一个或一对信号隔离电容，每个所述信号隔离电容接收所述调制电路输出的所述第一调制信号，将所述第一调制信号进行隔离的电容耦合，输出电容耦合后的第二调制信号；信号输出级芯片，其内部设置有检测电路，将所述第二调制信号解耦还原形成第三调制信号，所述第三调制信号经过所述信号输出级芯片中的解调电路后的信号作为输出信号；电源隔离变压器或者一对电源隔离电容，所述一对电源隔离电容分别接收由电源供电的所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号，输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源；或者，所述电源隔离变压器的源极绕组与所述信号输出级芯片的一对互补的时钟驱动信号连接并作为输入，所述电源隔离变压器的次级绕组输出对应的输入电源正极信号和输入电源负极信号至所述信号输入级芯片，为所述信号输入级芯片提供电源。2.如权利要求1所述的电压信号隔离转换系统，其特征在于，所述信号输入级芯片输出的第一调制信号为时钟信号，所述第一调制信号的每个周期的高电平占空比为25％或者75％，则低电平占空比分别为75％或75％。3.如权利要求2所述的电压信号隔离转换系统，其特征在于，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述第一调制信号上占空比为75％的周期数目或占空比为25％的周期数目均与总周期数目的比例与所述输入信号的电压值呈线性关系。4.如权利要求1或2所述的电压信号隔离转换系统，其特征在于，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为PWM信号，且该PWM信号的占空比与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系；或者，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为电压信号，且该电压信号与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系；或者，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述信号输出级芯片的输出信号为I2C协议信号，可通过I2C协议读取所述输入信号的相关数据，此读取的数据值与所述信号输入级芯片的输入信号呈线性关系。5.如权利要求1或2所述的电压信号隔离转换系统，其特征在于，当所述信号输入级芯片的输入信号为电压信号时，所述第一调制信号的频率与所述信号输入级芯片的输入信号的电压值呈线性关系。6.如权利要求1或2所述的电压信号隔离转...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金桥，
申请(专利权)人：上海客益电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31