一種數(shù)字信號隔離器及相應(yīng)的脈寬編解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器及相應(yīng)的脈沖寬度編解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字信號隔離器主要用于數(shù)字信號的傳輸，數(shù)字隔離技術(shù)常用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的現(xiàn)場總線、軍用電子系統(tǒng)、航空航天電子設(shè)備以及醫(yī)療設(shè)備中，尤其是一些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的場合。使用隔離器的一個首要原因是為了消除噪聲；另一個重要原因是保護器件(或人)免受高電壓的危害。一直以來，光電耦合都是隔離電路選擇方案的首選，它應(yīng)用廣泛，整個電路已經(jīng)非常成熟，成本很低。但是隨著現(xiàn)代系統(tǒng)集成度的不斷提高，工作環(huán)境日趨嚴格，光電耦合隔離方案反應(yīng)慢，功耗大，易老化等無法克服的缺點暴露無遺。對此，美國ADI公司提出一種基于芯片級變壓器隔離方案的脈沖調(diào)制iCoupler技術(shù)。該技術(shù)利用芯片大小的微型變壓器電磁耦合效應(yīng)來進行信號傳輸。為了跨越隔離柵傳輸數(shù)字信號，iCoupler把輸入信號編碼成Ins的脈沖序列，兩個連續(xù)脈沖表示一個上升沿，單個脈沖表示下降沿。CMOS接口電路對輸入邏輯信號進行脈沖編碼，上升沿編碼為雙脈沖，下降沿編碼為單脈沖。接收端則經(jīng)過解碼恢復出信號邊沿。該技術(shù)消除了光耦合器中光電轉(zhuǎn)換的缺點，功耗僅為光電耦合器的1/10?1/50，并且其電路反應(yīng)速度快，可靠性高，同時能夠提供數(shù)千伏特的電壓隔離能力。基于以上優(yōu)點，采用微型變壓器的數(shù)字隔離器逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光耦合隔離器成為未來發(fā)展的必然趨勢。但是iCoupler技術(shù)采用脈沖個數(shù)編碼方法，編解碼方案復雜，電路不易實現(xiàn)，且由于其雙脈沖編碼的特定方法必然導致數(shù)據(jù)處理時間過長，傳輸速率受到很大限制，存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器及相應(yīng)的脈沖寬度編解碼方法，本發(fā)明原理簡單，電路易于實現(xiàn)，并且電路響應(yīng)速度比脈沖個數(shù)編解碼方法更快，能夠?qū)崿F(xiàn)更高頻率的信號傳輸。
[0004]根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器，所述數(shù)字信號隔離器包括:濾波單元、編碼單元、微變壓器、整形和濾波單元以及解碼單元，其中:
[0005]所述濾波單元用于對于輸入信號進行濾波處理；
[0006]所述編碼單元與所述濾波單元連接，用于對于經(jīng)過濾波的信號進行編碼，其中，所述編碼單元包括上升沿編碼單元、下降沿編碼單元和信號合成單元；
[0007]所述微變壓器與所述編碼單元連接，用于對于編碼后的信號進行耦合；
[0008]所述整形和濾波單元與所述微變壓器連接，用于對于經(jīng)過微變壓器處理的信號進行整形和濾波處理；
[0009]所述解碼單元與所述整形和濾波單元連接，用于對于整形和濾波處理后的信號進行解碼。
[0010]其中，所述上升沿編碼單元用于對于濾波后信號的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號；
[0011]所述下降沿編碼單元用于對于濾波后信號的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號；
[0012]所述信號合成單元用于將不同寬度的脈沖信號合成為一路信號。
[0013]其中，所述第一寬度不同于第二寬度。
[0014]其中，所述信號合成單元為或門邏輯運算部件。
[0015]其中，所述上升沿編碼單元包括第一延時單元和第一運算單元，其中:
[0016]所述第一延時單元的延時時間為Tl，用于對輸入信號進行延時處理，得到第一延時信號；
[0017]所述第一運算單元用于將所述第一延時信號與所述輸入信號進行與邏輯運算，將輸入信號的上升沿編碼為脈沖寬度為Tl的高脈沖。
[0018]其中，所述下降沿編碼單元包括第二延時單元和第二運算單元，其中:
[0019]所述第二延時單元的延時時間為T2，用于對輸入信號進行延時處理，得到第二延時信號；
[0020]所述第二運算單元用于將所述第二延時信號與所述輸入信號進行或非邏輯運算，將輸入信號的下降沿編碼為脈沖寬度為T2的高脈沖。
[0021]其中，所述解碼單元包括單穩(wěn)態(tài)電路和D觸發(fā)器，其中:
[0022]所述單穩(wěn)態(tài)電路用于將輸入信號上升沿轉(zhuǎn)化成一固定長度T的高脈沖信號輸出，其中，固定長度T介于Tl與T2之間；
[0023]所述D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端連接編碼信號，時鐘端連接所述單穩(wěn)態(tài)電路的輸出，以利用所述單穩(wěn)態(tài)電路輸出信號對輸入編碼信號進行采樣。
[0024]其中，所述D觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)器。
[0025]根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提出一種脈沖寬度編解碼方法，該方法包括以下步驟:
[0026]步驟I，對于輸入信號進行濾波處理；
[0027]步驟2，對于經(jīng)過濾波的信號進行編碼；
[0028]步驟3，利用微變壓器對于編碼后的信號進行耦合；
[0029]步驟4，對于經(jīng)過微變壓器處理的信號進行整形和濾波處理；
[0030]步驟5，對于整形和濾波處理后的信號進行解碼。
[0031]其中，所述步驟2進一步包括以下步驟:
[0032]步驟21，對于濾波后信號的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號；
[0033]步驟22，對于濾波后信號的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號；
[0034]步驟23，將不同寬度的脈沖信號合成為一路信號。
[0035]本發(fā)明所具有的優(yōu)點為:
[0036]減少了芯片面積。常規(guī)的方法是將原信號的上升沿和下降沿用不同數(shù)目的脈沖加以區(qū)分，采用這種處理方式的編解碼電路比較復雜，芯片面積較大。而本發(fā)明采用不同脈寬的脈沖編碼，電路簡單，芯片面積更小。
[0037]響應(yīng)速度快，工作頻率高。脈沖寬度編解碼過程減少了信號傳輸過程中的延時，從而提高了電路的工作頻率。
【附圖說明】
[0038]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器各關(guān)鍵節(jié)點的信號波形示意圖；
[0040]圖3-1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的上升沿編碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3-2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的下降沿編碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的解碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的解碼單元各關(guān)鍵節(jié)點的信號波形示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器，作為一個雙端口器件，數(shù)字信號隔離器的輸入端口與輸出端口之間由于內(nèi)部微變壓器隔離柵的存在實現(xiàn)了完全的電器隔離，通過微變壓器的電磁效應(yīng)完成信號的傳遞。
[0046]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于微變壓器的數(shù)字信號隔離器，如圖1所示，所述基于微變壓器的數(shù)字信號隔離電路包括濾波單元、編碼單元、微變壓器、整形和濾波單元以及解碼單元，其中:
[0047]所述濾波單元用于對于輸入信號進行濾波處理；
[0048]所述編碼單元與所述濾波單元連接，用于對于經(jīng)過濾波的信號進行編碼；
[0049]其中，所述編碼單元包括上升沿編碼單元、下降沿編碼單元和信號合成單元，其中:
[0050]所述上升沿編碼單元用于對于濾波后信號的上升沿使用具有第一寬度的脈沖進行編碼，得到具有第一寬度的脈沖信號；
[0051]所述下降沿編碼單元用于對于濾波后信號的下降沿使用具有第二寬度的脈沖進行編碼，得到具有第二寬度的脈沖信號；
[0052]所述信號合成單元用于將不同寬度的脈沖信號合成為一路信號。
[0053]其中，所述第一寬度不同于第二寬度。
[0054]在本發(fā)明一實施例中，所述信號合成單元為或門邏輯運算部件。
[0055]所述微變壓器與所述編碼單元連接，用于對于編碼后的信號進行耦合；
[0056]編碼后的信號經(jīng)過微變壓器耦合后不可避免的會產(chǎn)生一定的形變，因此需要設(shè)置整形和濾波單元來濾除加雜在信號上的噪聲并將其恢復為邏輯電平，然后再進行解碼。
[0057]所述整形和濾波單元與所述微變壓器連接，用于對于經(jīng)過微變壓器處理的信號進行整形和濾波處理；
[0058]所述解碼單元與所述整形和濾波單元連接，用于對于整形和濾波處理后的信號進行解碼。
[0059]解碼單元的主要目的就是區(qū)分編碼信號的脈沖寬度，獲得原信號的變化信息，進而在適當?shù)臅r候轉(zhuǎn)換輸出信號的電