[发明专利]一种数字信号隔离器及相应的脉宽编解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，尤其是一种基于微变压器的数字信号隔离器及相应的脉冲宽度编解码方法。

背景技术

数字信号隔离器主要用于数字信号的传输，数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、军用电子系统、航空航天电子设备以及医疗设备中，尤其是一些应用环境比较恶劣的场合。使用隔离器的一个首要原因是为了消除噪声；另一个重要原因是保护器件(或人)免受高电压的危害。一直以来，光电耦合都是隔离电路选择方案的首选，它应用广泛，整个电路已经非常成熟，成本很低。但是随着现代系统集成度的不断提高，工作环境日趋严格，光电耦合隔离方案反应慢，功耗大，易老化等无法克服的缺点暴露无遗。对此，美国ADI公司提出一种基于芯片级变压器隔离方案的脉冲调制iCoupler技术。该技术利用芯片大小的微型变压器电磁耦合效应来进行信号传输。为了跨越隔离栅传输数字信号，iCoupler把输入信号编码成1ns的脉冲序列，两个连续脉冲表示一个上升沿，单个脉冲表示下降沿。CMOS接口电路对输入逻辑信号进行脉冲编码，上升沿编码为双脉冲，下降沿编码为单脉冲。接收端则经过解码恢复出信号边沿。该技术消除了光耦合器中光电转换的缺点，功耗仅为光电耦合器的1/10～1/50，并且其电路反应速度快，可靠性高，同时能够提供数千伏特的电压隔离能力。基于以上优点，采用微型变压器的数字隔离器逐步代替传统的光耦合隔离器成为未来发展的必然趋势。但是iCoupler技术采用脉冲个数编码方法，编解码方案复杂，电路不易实现，且由于其双脉冲编码的特定方法必然导致数据处理时间过长，传输速率受到很大限制，存在一定的局限性。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于微变压器的数字信号隔离器及相应的脉冲宽度编解码方法，本发明原理简单，电路易于实现，并且电路响应速度比脉冲个数编解码方法更快，能够实现更高频率的信号传输。

根据本发明一方面，提出一种基于微变压器的数字信号隔离器，所述数字信号隔离器包括：滤波单元、编码单元、微变压器、整形和滤波单元以及解码单元，其中：

所述滤波单元用于对于输入信号进行滤波处理；

所述编码单元与所述滤波单元连接，用于对于经过滤波的信号进行编码，其中，所述编码单元包括上升沿编码单元、下降沿编码单元和信号合成单元；

所述微变压器与所述编码单元连接，用于对于编码后的信号进行耦合；

所述整形和滤波单元与所述微变压器连接，用于对于经过微变压器处理的信号进行整形和滤波处理；

所述解码单元与所述整形和滤波单元连接，用于对于整形和滤波处理后的信号进行解码。

其中，所述上升沿编码单元用于对于滤波后信号的上升沿使用具有第一宽度的脉冲进行编码，得到具有第一宽度的脉冲信号；

所述下降沿编码单元用于对于滤波后信号的下降沿使用具有第二宽度的脉冲进行编码，得到具有第二宽度的脉冲信号；

所述信号合成单元用于将不同宽度的脉冲信号合成为一路信号。

其中，所述第一宽度不同于第二宽度。

其中，所述信号合成单元为或门逻辑运算部件。

其中，所述上升沿编码单元包括第一延时单元和第一运算单元，其中：

所述第一延时单元的延时时间为T1，用于对输入信号进行延时处理，得到第一延时信号；

所述第一运算单元用于将所述第一延时信号与所述输入信号进行与逻辑运算，将输入信号的上升沿编码为脉冲宽度为T1的高脉冲。

其中，所述下降沿编码单元包括第二延时单元和第二运算单元，其中：

所述第二延时单元的延时时间为T2，用于对输入信号进行延时处理，得到第二延时信号；

所述第二运算单元用于将所述第二延时信号与所述输入信号进行或非逻辑运算，将输入信号的下降沿编码为脉冲宽度为T2的高脉冲。

其中，所述解码单元包括单稳态电路和D触发器，其中：

所述单稳态电路用于将输入信号上升沿转化成一固定长度T的高脉冲信号输出，其中，固定长度T介于T1与T2之间；

所述D触发器的数据端连接编码信号，时钟端连接所述单稳态电路的输出，以利用所述单稳态电路输出信号对输入编码信号进行采样。

其中，所述D触发器为下降沿触发器。

根据本发明另一方面，还提出一种脉冲宽度编解码方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，对于输入信号进行滤波处理；

步骤2，对于经过滤波的信号进行编码；

步骤3，利用微变压器对于编码后的信号进行耦合；