[发明专利]一种差分输入电路及其实现方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种差分输入电路，特别是涉及一种易于判断故障的差分输入电路。

背景技术

差分输入由于具备较强的抗共模干扰能力，因而被广泛应用于各种电路。请参阅图1，这是一种现有的差分输入电路。两个输入端in1、in2之间并联着输入等效电阻RI和输入等效滤波电容CI。两个输出端out1、out2之间并联着分压电阻RD和EMC(电磁兼容性)滤波电容CE。限流电阻一RL1连接着输入端一in1和输出端一out1。限流电阻二RL2连接着输入端二in2和输出端二out2。外部输入仅提供有效差分信号，其直流共模偏置电压完全由后一级处理芯片提供。

图1所示的差分输入电路在正常工作时，一对差分信号由输入端in1、in2进入，流经输入等效电阻RI和输入等效滤波电容CI，再经限流电阻一RL1和限流电阻二RL2，流向分压电阻RD和EMC滤波电容CE，最终将分压电阻RD上的电压通过输出端out1、out2输出。通常两个输出端out1、out2连接到一块信号处理芯片的两个输入端。

差分输入电路的故障主要包括：两个输入端in1、in2短路；输入端一in1短接外部高电位电源(电压值高于直流电源电压)；输入端一in1短接地；输入端一in1短接负电源；输入端二in2短接外部高电位电源；输入端二in2短接地；输入端二in2短接负电源。一般的芯片在输入端都会有内部钳位或有最大允许共模电压的要求，以保护端口。当差分输入电路发生故障时，如果存在干扰或信号波动导致所连接的信号处理芯片的输入端的钳位电压不稳或共模抑制比低，那么该信号处理芯片将无法识别出差分输入电路的故障从而导致输出异常。

目前对差分输入电路进行故障诊断有两种方案。一种是增加外置采样电路检测差分输入端in1、in2的故障，而这会导致正常工作时的网络匹配不平衡，影响差分输入电路的正常工作。另一种是增加软件处理算法对信号处理芯片的输出信号进行故障诊断，而这会增加开发成本，且存在灵活性不够、软件复杂度高等缺陷。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种差分输入电路，既易于识别故障，在故障发生时又不会导致所连接的信号处理芯片的输出异常。

为解决上述技术问题，本申请差分输入电路，两个输入端之间并联着输入等效电阻和输入等效滤波电容，两个输出端之间并联着EMC滤波电容；输入端一和输出端一之间串联着限流电阻一和限流电阻三，输入端二和输出端二之间串联着限流电阻二和限流电阻四；

将限流电阻一和限流电阻三之间称为节点A，将限流电阻二和限流电阻四之间称为节点B；在直流电源与节点B之间串联着钳位电阻一和反向的钳位二极管一，在节点B和地之间串联着反向的钳位二极管二和钳位电阻二；在直流电源与节点A之间串联着钳位电阻三和反向的钳位二极管三，在节点A和地之间连接着反向的钳位二极管四；

所述钳位电阻一、钳位电阻二、钳位电阻三的取值满足：在差分输入信号为零，任意输入端短路到高于直流电源电压、且钳位二极管一和钳位二极管三导通的前提下，输出端一的电压值高于输出端二的电压值；在差分输入信号为零，任意输入端短路到低于地电位、且钳位二极管二和钳位二极管四导通的前提下，输出端一的电压值高于输出端二的电压值；

在直流电源与输出端二之间连接着直流偏置电阻一，在输出端二与地之间连接着直流偏置电阻二；在直流电源与输出端一之间连接着直流偏置电阻三，在输出端一与地之间连接着直流偏置电阻四；

所述四个直流偏置电阻的取值满足：在差分输入信号为零，且两个输入信号均没有外部直流偏置的前提下，输出端二的电压值高于输出端一的电压值，且高出的幅度小于正常的输入差分信号的幅值。

本申请所述的差分输入电路的实现方法，将差分输入电路的输出端一、输出端二分别连接一块信号处理芯片的正输入端、负输入端；同时，要求差分输入电路的两个输入端仅提供有效差分信号而不提供任何直流偏置电压；

在正常工作时，限定两个输入端的输入信号电压都在地电压和直流电源电压之间，四个钳位二极管均不导通，由于直流偏置电阻的取值，输出端二的电压值高于输出端一；这便在该信号处理芯片的负输入端增加了一个检测门限，该门限小于正常的输入差分信号的幅值；当输入端一的输入信号电压低于输入端二时，信号处理芯片的负输入端电压高于其正输入端电压因而始终输出第一电平状态；当输入端一的输入信号电压高于输入端二时，信号处理芯片的正输入端电压高于其负输入端电压因而始终输出第二电平状态；