光耦实现模拟信号高速隔离的研制-计算机应用研究室.ppt

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光耦实现模拟信号高速隔离的研制-计算机应用研究室

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2009-9-18 * 光耦实现模拟信号高速隔离的研制 报 告 人:晁慧丽 指导老师:季振山 研究员 ASIPP 2009-9-18 * ASIPP 内容 (1)课题研究背景 (2)光耦的工作原理 (3)模拟信号高速隔离设计 (4)测试结果 (5)总结 2009-9-18 * ASIPP 课题研究背景 在计算机控制,检测系统尤其是一些大型装置中,在传输模拟信号时,一个突出问题是各个系统的地电位问题。 问题提出 2009-9-18 * ASIPP 课题研究背景 一般来说,各个系统的地电位是不同的。信号传输时,如果不同的地电位连在一起,就形成回路,各个系统的地电位有时侯差别很大,这样就会形成很大的回路电流,可能造成误触发,甚至打坏电子设备和系统,威胁人身安全。 2009-9-18 * ASIPP 课题研究背景 光电耦合器特点: 以光为媒介实现电信号的传输,输入和输出之间没有直接的电气联系,因此具有很强的隔离作用,而且具有体积小,结构简单等特点,因此在隔离场所广泛应用。 2009-9-18 * (1)A/D模数转换 (2)V/F压频转换 (3)直接隔离 ASIPP 模拟信号的隔离实现 数字方式 2009-9-18 * ASIPP 课题研究背景 模拟信号隔离传输问题 光耦传输数字信号实现相对容易,但是在传输模拟信号时,受到光耦自身特点的限制,存在的普遍问题就是频率响应,线性度,信号输入范围,本底噪声这几方面的性能不能好的协调; 2009-9-18 * ASIPP 内容 (1)课题研究背景 (2)光耦的工作原理 (3)模拟信号高速隔离设计 (4)测试结果 (5)总结 2009-9-18 * 光耦的工作原理 ASIPP 传输模拟信号时, Vi=VF+IF*RF; Vo=VCC-RL*IL; 实际应用问题: A.光耦的非线性和温漂带来失真 2009-9-18 * 光耦的工作原理 ASIPP B.负载电阻RL的选取受到限制 电流传输比CTR (current transfer ratio) 一般较小,负载电流IL很小,RL 须足够大才能获得足够大的输出电压;但是,负载电阻RL越大,由于分布电容CBE和CCE的存在, 光电耦合器的频率特性就越差,传输延时也越长。 2009-9-18 * ASIPP 内容 (1)课题研究背景 (2)光耦的工作原理 (3)模拟信号高速隔离电路设计 (4)测试结果 (5)总结 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP 模块化组合的设计思想 整体框图: 图3 电路整体框架图 单端输入信号转为差分信号 光电隔离 差分信号转为单端输出信号 静态工作点设置 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP (1)单端信号输入转为差分信号电路 THS4151是高速,低噪音的完全差分放大器,可以实现此部分电路的功能。采用差分思想,有诸多优点,例如可以提高共模抑制比,克服器件温度变化带来的误差等。设置电阻,使得THS4151输出与输入信号幅度相同的差分信号,传送给光电隔离电路。 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP (2)光电隔离电路 图4右边虚线框内为光电隔离电路 三极管射极跟随放大光敏电流 反馈电阻获取输出电压 电流负反馈:稳定 光敏电流并增大带 宽; 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP (2)光电隔离电路 RL 的选取收两个因素的制约: A.本地噪声 B.频率响应 两者是一对矛盾,限制RL必须合理设置,此处RL设为50K比较合理。 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP (3)静态工作点设置电路 光耦器件具有非线性传输特性。传输模拟信号时,必须合理设置静态工作点,使信号尽量落在光耦的线性工作区内。图4的左侧虚线框内为静态工作点设置电路。 2009-9-18 * 模拟信号高速隔离电路设计 ASIPP (4)差分信号转单端信号电路 此部分使用INA103实现。INA103是低噪音,增益可调的仪表放大器,其共模抑制比很高,可有效抑制共模噪声信号,提高信噪比;并且其频带很宽,在增益设为1000时,带宽仍可达100MHz。在此处,通过调节外部电位器使输出信号的幅度与输入相同。 2009-9-18 * ASIPP 内容 (1)课题研究背景 (2)光耦的工作原理 (3)模拟信号高速隔离电路设

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