專利名稱：用于極微電流供電環(huán)境下的仿高速光耦集成部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于極微電流供電環(huán)境下的仿高速光耦集成部件。
背景技術：
光耦作為一種電隔離和電平轉(zhuǎn)換部件，已廣泛應用于電子行業(yè)的各個部門；近些年發(fā)展起來的高速光耦則專門用于信號源開關頻率高、要求響應速度快的電路中，即其具有很小的上升時間和下降時間。但高速光耦價格較高，是普通光耦的十倍以上，且工作電流較大，對于那些大量用到光耦的電子設備或系統(tǒng)，消耗的電源功率較大，成本也高。
在帶有中央站的智能樓宇管理、防火防盜監(jiān)控以及電力設備中高開關頻率的逆變器和安全監(jiān)測等場合，高速光耦是一個必需部件，中央站與成千上萬個子用戶的指令發(fā)送和信息反饋都通過光耦交換，這不但在電氣上安全，而且系統(tǒng)的抗干擾能力強，用戶接口和光耦的初級工作由中央站統(tǒng)一供電。以一個用戶僅用一個光耦，只消耗10mA電流計算，加上其它工作電流，可以想象，中央站的電源配置容量是相當大的。
目前，中央站與子用戶的通訊聯(lián)絡基本上均采用二線總線制，即供電與數(shù)據(jù)傳送使用同一條線路，中央站分時對每一個子用戶進行巡檢，先送出電源對子用戶電路板上的儲能電容充電，然后切斷電源，送出一串數(shù)據(jù)代碼，此時數(shù)據(jù)經(jīng)用戶接口和光耦的接收、處理后信息的反饋均靠儲能電容供電，能量主要消耗在隔離光耦上。如子用戶數(shù)目較大，則總的充電電流很大，則必定要求電源容量加大，內(nèi)阻要小，基于這個原因，一些中低端設備仍采用消耗電流相對較小的普通光耦，部件本身加上電源設計的成本會大大降低(見圖1)。
普通光耦因為速度較慢，在數(shù)碼交換時會帶來一些問題。這種二線總線制的數(shù)據(jù)傳送，不采用屏蔽線，布線隨意，傳送距離長，為減少誤碼率，一般用脈沖寬度表示數(shù)據(jù)電平的高低，如兩倍標準脈寬代表1，一倍標準脈寬代表0，提高數(shù)據(jù)傳送可靠率的關鍵是數(shù)據(jù)脈沖通過光耦交換后，檢出的脈沖寬度偏差在容許范圍內(nèi)。光耦響應速度的離散性較大，普通光耦更容易因為上升時間和下降時間長，使檢出脈寬從AB縮短為CD，從而易把1信號誤判成0信號。故高端系統(tǒng)在加大電源容量和成本的同時，仍選擇高速光耦(見圖2)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于極微電流供電環(huán)境下的仿高速光耦集成部件。
第一倒相器是把接收脈沖A點的上升沿轉(zhuǎn)變成下降沿；第三倒相器和第四倒相器是檢測接收脈沖B點的下降沿；RC微分電路是下降沿有效，把下降沿轉(zhuǎn)變成具有一定寬度低電平的尖脈沖；第二倒相器和第五倒相器是用于脈沖整形；脈沖驅(qū)動是為普通光耦的初級提供足夠的導通電流；普通光耦是用于隔離且對應工作于接收脈沖的邊沿；觸發(fā)器是用于還原接收脈沖。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)集成部件的成本只有高速光耦的40％不到，工作頻率不低于高速光耦；2)集成部件的平均工作電流僅2mA以下，接收端儲能電容的容量可以減少，相應地減輕了總電源的負擔，符合環(huán)保節(jié)能；3)集成封裝容易，只需采用現(xiàn)成的普通光耦和CMOS制作工藝；4)集成部件的引出端子為8條，使用方法與一般光耦基本相同。


圖1是某二線總線制中央站與子用戶通訊聯(lián)絡示意2是方波信號經(jīng)普通光耦傳輸后脈寬變化示意3是極微電流供電環(huán)境下仿高速光耦集成部件示意圖具體實現(xiàn)方式如圖3所示，倒相器1是把接收脈沖A點的上升沿轉(zhuǎn)變成下降沿；倒相器3和倒相器4是檢測接收脈沖B點的下降沿；RC微分電路是下降沿有效，把下降沿轉(zhuǎn)變成具有一定寬度低電平的尖脈沖；倒相器2和倒相器5是用于脈沖整形；脈沖驅(qū)動是為普通光耦的初級提供足夠的導通電流；普通光耦是用于隔離且對應工作于接收脈沖的邊沿；觸發(fā)器是用于還原接收脈沖。
圖中框內(nèi)電路由儲能電容供電，為了使普通光耦生成高速光耦的性能，利用了光耦其上升時間通常小于下降時間的特點；為了使該集成部件平均工作電流小于2mA，巧妙地用邊沿觸發(fā)來代替連續(xù)工作方式。接收脈沖分兩路傳送到倒相器1和倒相器3的輸入端，因為RC微分電路是下降沿有效，故倒相器1的輸出對應于接收脈沖A點的上升沿使RC微分電路輸出一定寬度低電平的尖脈沖；同理，倒相器3的輸出經(jīng)倒相器4進一步倒相后，其輸出對應于接收脈沖B點的下降沿使RC微分電路輸出一定寬度低電平的尖脈沖。兩個通道的尖脈沖分別經(jīng)倒相器2和倒相器5脈沖整形后，就轉(zhuǎn)變成一定寬度高電平的脈沖，脈沖寬度正比于RC微分電路時間參數(shù)，這樣就檢測出了接收脈沖的上下兩個邊沿，經(jīng)脈沖驅(qū)動電路功率放大后，兩個普通光耦分時工作。當接收脈沖的上升沿到來時，普通光耦1導通，觸發(fā)器S端收到1電平置位，Q端輸出1，并一直維持到接收脈沖的下降沿到來；當接收脈沖的下降沿到來時，普通光耦2導通，觸發(fā)器R端收到1電平復位，Q端輸出0，并一直維持到接收脈沖的上升沿到來，因而在Q端完整地還原出了接收脈沖的波形。由于該觸發(fā)器只對上升沿有效，這樣就可以基本不考慮光電子的復合作用對光耦下降時間的影響，使該集成部件的工作速度大大加快。
同時，因光耦工作的時間很短，故集成系統(tǒng)的平均工作電流很小，平均工作電流正比于RC微分電路時間參數(shù)，時間參數(shù)的選擇在保證觸發(fā)器具有可靠觸發(fā)脈沖寬度的前提下越小越好。
權(quán)利要求
1.一種用于極微電流供電環(huán)境下的仿高速光耦集成部件，其特征在于倒相器1是把接收脈沖A點的上升沿轉(zhuǎn)變成下降沿；倒相器3和倒相器4是檢測接收脈沖B點的下降沿；RC微分電路是下降沿有效，把下降沿轉(zhuǎn)變成具有一定寬度低電平的尖脈沖；倒相器2和倒相器5是用于脈沖整形；脈沖驅(qū)動是為普通光耦的初級提供足夠的導通電流；普通光耦是用于隔離且對應工作于接收脈沖的邊沿；觸發(fā)器是用于還原接收脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于極微電流供電環(huán)境下的仿高速光耦集成部件。第一倒相器是把接收脈沖A點的上升沿轉(zhuǎn)變成下降沿；第三倒相器和第四倒相器是檢測接收脈沖B點的下降沿；RC微分電路是下降沿有效，把下降沿轉(zhuǎn)變成具有一定寬度低電平的尖脈沖；第二倒相器和第五倒相器是用于脈沖整形；脈沖驅(qū)動是為普通光耦的初級提供足夠的導通電流；普通光耦是用于隔離且對應工作于接收脈沖的邊沿；觸發(fā)器是用于還原接收脈沖。本發(fā)明的優(yōu)點是1)集成部件的成本只有高速光耦的40％不到，工作頻率不低于高速光耦。2)集成部件的平均工作電流僅2mA以下，接收端儲能電容的容量可以減少，相應地減輕了總電源的負擔。3)集成封裝容易，只需采用現(xiàn)成的普通光耦和CMOS制作工藝。
文檔編號H03K17/78GK1438766SQ0311585
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者張寅孩, 張仲超 申請人:浙江大學