基于线性光耦HCNR200的DSP采集电路设计与实现

光耦,dsp

基于线性光耦!"#$%&&的’()采集电路

设计与实现

谭颖琦，范大鹏，陶溢

（国防科学技术大学，长沙!;++<"）

摘要：介绍了=>1’-7/公司的高线性度模拟光耦?@)A*++的基本结构及工作原理。利用该器件设计了一种模拟信号与BCD隔离与检测的硬件电路，较好地解决了将=E@信号采集到BCD过程中测量范围小、线性度低的问题。最后用最小二乘法对实验数据进行分析，结果表明该电路具有较高的电压检测精度和线性度，在高稳定性、高线性度的模拟信号隔离的场合具有广泛的应用前景。关键词：线性光耦；模拟隔离；电压检测?@)A*++；中图分类号：FD*;;G($

文献标识码：H

文章编号：;++;I;"J+（*++$）+$I++!$I+"

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引

言

隔离的输出端，并有良好的线性度和稳定性，还有较高的隔离电压和共模抑制比。但是隔离放大器的价格比较高，只适用于要求较高的场合。光电隔离是常用且方便有效的隔离方法，它是通过光电之间的相互转换，并利用光作为媒介进行信号传输，在电气上使测量系统与现场信号完全隔离。光电隔离可以减小现场信号线以及地线干扰对系统的影响，保证系统安全。此外，由于光电耦合器的输入阻抗小于干扰源的内阻，因而使迭加于被测量信号上的干扰信号被极大地衰减，基本无法进入测量系统，从而保证测量的准确度。光电隔离又分数字光电隔离和模拟光电隔离两种。数字光电隔离模拟信号成本低，但由于数字光隔本身的非线性和光隔器件之间的非一致性，使得这种隔离电路线性度不高，只适用于要求不太高的场合。而模拟光电隔离器在结构上比隔离放大器要简单，价

在自动化检测系统、计算机数据采集系统、工业控制系统等诸多工业测量中，经常需要将现场模拟信号采集到BCD中。在采集的过程中，各种干扰信号都会随着被测量信号进入BCD控制系统，这些信号迭加在有用的被测信号上会使测量的准确度降低，造成控制系统的不稳定。为了实现电平线性转换以及不把现场的电噪声干扰引入到BCD控制系统中来，必须将被测电路和控制电路在电气上实现隔离，光电隔离法和隔离放大器法是两种常用的模拟信号隔离方法。

隔离放大器内部集成有高性能的输入输出放大器、调制解调器、信号耦合变压器等单元器件，通常采用磁耦合方法使放大器的输出和输入之间没有电气联系，从而隔离了干扰源，抑制了干扰信号，完成对信号的放大。隔离放大器具有完全浮动的输入端和独立

光耦,dsp

格比隔离放大器要低。其使用的光电器件的材料和工艺与数字光电隔离器不同，线性度比数字光隔有相当大的提高。

在本实验中，需要将;<=模拟电平信号采集到实现模拟电路与数字电路的隔离。由于>?@系统中，

对系统精度、线性度和稳定性的要求，本实验采用结构简单，性价比较高的模拟光电隔离法进行光隔，选用;A1’-7/公司的高线性度模拟光耦器件B=)C*++对;<=信号进行隔离与检测。

与输入信号有稳定的比例关系。总之，@>D和@>*安装位置的精确性及两者严格比例关系、负反馈电路的应用以及元件先进的封装设计保证了B=)C*++的高线性度和传输增益的高稳定性。

&

"#$%&’’典型应用电路分析

图*所示为用B=)C*++实现一个简单隔离放大器的基本应用电路。运算放大器;D构成负反馈放大

电路，完成对E,>输出光信号@>D接在;D的输入端，的检测，并自动调整通过E,>的电流，以补偿E,>光强随温度变化引起的非线性，因此该反馈放大器主要用于稳定E,>的光输出并使其线性化。;*构成电流电压转换电路，$*和%*将!@>*转换为电压输出。%"为用于改善电路E,>的限流电阻，&D、&*为起反馈作用，的高频特性，提高电路的稳定性，消除自激振荡，滤除电路中的毛刺信号，降低电路的输出噪声，其容值可根据电路的频率特性来选取。设E,>两端的电压为根据运放“虚短”和“虚断”’E,>，$D输出端电压为’&D，特性，有：

（!@>DF’17%D!）

（’&5/F!@>*M%*H）（’&5/’17F#"M（%*%D）$）（!"F（’..N’E,>N’&D%"F’0"%"K）与由上式可得，!@>D仅仅决定于’17以及%D的值，

E,>的输出光强特性无关。该隔离放大器电路的’&5/与’17也成线性关系，也与E,>的输出光强无关。由于#"约等于D，所以只需通过调整%D和%*的比值，即可改变此隔离放大器的传输增益。

!

"#$%&’’的基本结构和工作原理

B=)C*++是美国;A1’-7/公司推出的高精度线

性光耦，具有低成本、高线性度、高稳定度、频带宽、设计灵活的优点，通过外接不同的分立器件，可以实现多种光电隔离转换电路。B=)C*++由"个光电元件组成，其内部结构如图D所示。其中E,>为高性能的

;’<2;4型发光二极管，@>D、@>*是两个用同种工艺制成从而具有严格比例关系的光敏二极管。当E,>中

流过电流!"时，其所发出的光会在@>D和@>*中感应其中!"、出正比于E,>发光强度的光电流9@>D、9@>*，

9@>D、9@>*满足以下关系

（!@>DF#D!"D）（!@>*F#*!"*）（G"F!@>D!@>D"）

输出光电二极管的电流式中GD、G*分别为输入、

传输比，其典型值均为+(HI左右（。因+(*HIJ+(KHI）为!"一般在DJ*+6;之间，所以!@>D、!@>*一般在H+5;以下。G"为传输增益，当一只B=)C*++被制造出来

后，其输出侧光电流和输入侧光电流之比就是一个恒定值G"，B=)C*++的传输增益G"约为DL+(DH。

图*应用电路

(

图DB=)C*++内部结构原理

使用该芯片时，发光二极管E,>与光电二极管用@>D组成隔离转换电路的输入部分并形成负反馈，

来检测和稳定发光二极管发光的强度。@>*则构成隔

离转换电路的输出部分。

由于整个电路输入部分构成负反馈回路，因而只要负反馈通道的E,>和@>D关系确定，隔离转换电路的输入部分就稳定。又因为@>D与@>*严格成比例，则可通过适当的电路使输出信号

)*#信号检测硬件电路设计

图"为;<=信号检测硬件电路图。在本实验中，需要检测的’17为;<=电平信号， …… 此处隐藏：3550字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……