1、年第卷第期第頁電氣傳動自動化，（）：文章編號：（）無源光電隔離轉(zhuǎn)接口轉(zhuǎn)換器設(shè)計孫寧先（蘭州交通大學光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室，甘肅蘭州）摘要：介紹了接口與接口無源光電隔離轉(zhuǎn)換器的設(shè)計，采用簡單實用的串口竊電技術(shù)，整個電路使用了新型高速數(shù)字光電耦合器、肖特基勢壘二極管等低功耗、低工作電壓的元器件，并詳細說明了硬件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：接口轉(zhuǎn)換器；串口竊電技術(shù)；光隔；肖特基勢壘二極管；低功耗中圖分類號：文獻標識碼：（，）：，：；引言隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化設(shè)備的增多和分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，工業(yè)控制不斷地采用局域網(wǎng)控制，迫切需要一種能適合較遠距離的數(shù)字通信的總線，接口的優(yōu)勢也就展露出來了，它成本低廉，組

2、網(wǎng)簡單，而且通信距離可以滿足一般工業(yè)應(yīng)用，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。、都是串行數(shù)據(jù)接口標準。在協(xié)議中規(guī)定：典型的信號在正負電平之間擺動，發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出負電，正電平在電平，收發(fā)線電平在平都是對地電壓，但是它的傳輸距離近，傳輸速率比較低。為半雙工，采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線傳輸，可以消除。通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器兩線之共模干擾信號總體設(shè)計目前，接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法有很多，設(shè)計的基本思路是將接口電平轉(zhuǎn)換成電平，然后變成接口電平，有的直接用線控制收發(fā)器的數(shù)據(jù)收發(fā)，有的用單片機控制收發(fā)器的數(shù)據(jù)收發(fā)。以前，硬件設(shè)計的方法是先用和轉(zhuǎn)換電平，經(jīng)過光電耦合器，最后用收發(fā)器或變成的

3、差分信號。此后，又用系列的來代替和。不過，因為在和相互轉(zhuǎn)換過程中電平被反向，如果用（針口發(fā)送請求）控制收發(fā)器的收發(fā)狀態(tài)，還要多用一個反向器將電平恢復(fù)才行。由于串口的供電能力比較差，上述方法的元件需電源，而且元件比較多、功耗大，顯然是不適合串口竊電的情況。本設(shè)計是采用串口竊電技術(shù)的轉(zhuǎn)換器，設(shè)計根本思路與傳統(tǒng)方法相似，但是具體設(shè)計和元件選擇依托節(jié)能和較低的工作電壓。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，由串口竊電、收發(fā)器、間的正電平邏輯狀態(tài)在，負電平邏輯狀態(tài)在。當在接收端之間有大于的電平時，輸出正邏輯電平，小于時，輸出負邏輯電平，接收器接收平衡線上的電平范圍通常在至之間。它的傳輸距離大于，年第期孫寧先無源光電隔離

4、轉(zhuǎn)接口轉(zhuǎn)換器設(shè)計數(shù)據(jù)發(fā)送端，是數(shù)據(jù)接受端，是請求發(fā)送，它控制著整個轉(zhuǎn)換器的收發(fā)狀態(tài)。電路的分析、設(shè)計及其元器件的選擇串口竊電接口中有個發(fā)送信號，即數(shù)據(jù)終端準備好、請求發(fā)送和發(fā)送數(shù)據(jù)。這根輸出信號線中，每根線上的典型輸出電流為±，典型輸出電壓為±。經(jīng)實驗可知，當單獨從串口取電可以得到約的電壓，但串接到電路里，由于能量的損失，電壓就降到多了，因此這里采用電源供電。從和兩根信號線上可獲取的輸入功率為××××，當電源轉(zhuǎn)換效率為，輸出電壓為時，和可提供的輸出電流為。如圖所示，盡管和是正負變化的，但是為了盡可能地獲取電能，采用從、四線取電，串接二

5、極管接入穩(wěn)壓管獲得電源。使用的二極管是肖特基二極管，電壓降比較小約為。根據(jù)（）（）可以計算出穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍，設(shè)定輸出電壓的波動范圍為±，由串口電平可以求出。選用比較常用的穩(wěn)壓管即可。（貼片），它是的工作電源，有兩個驅(qū)動器和和兩個接受器，最小傳輸速度為，且體積小。該片子需外加個電容，（）是電源去耦電容，其余、都是用以提高抗干擾能力的鉭電解質(zhì)電容。但是它在信號傳輸過程中有反向器的作用，信號經(jīng)過它后電平都會被反向。光耦合器在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然接口采用的是差分傳輸方式，具有一定抗共模干擾的能力，但是當共模電壓超過接收器的極限接收

6、電壓，即大于或小于時，接收器就再也無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設(shè)備，因此通過光電耦合器將信號隔離，進一步消除共模電壓的影響。這里選用高速數(shù)字光電耦合器。它的特點是低功耗、電源電壓范圍為、輸入電流可低至、速度、可在溫度范圍內(nèi)無故障運行等等。無論是在節(jié)能、低工作電壓方面，還是在速度方面都滿足條件，更重要的是它具有選通輸出功能，如表所示為功能表。通過設(shè)置使能端可以使接口收發(fā)器反向的（請求發(fā)送信號）信號還原，省略了反向器的使用。另外要注意的是該光隔是靜電敏感器件，拿取和焊接時應(yīng)注意靜電防護；為了減少旁路電源噪聲，在腳和腳（距光隔管腳）掛接的瓷片電容（、）。表功能表開使能端關(guān)輸出接口收發(fā)器

7、接口電平標準：邏輯是，邏輯是，它必須轉(zhuǎn)換成標準的傳輸電平電平。由于工作電源電壓為，不能選取諸接口收發(fā)器接口收發(fā)器的作用是將電平轉(zhuǎn)換成的差分信號。本設(shè)計采用作為的接口芯片，它的特點是工作電壓是，工作電流，數(shù)據(jù)傳輸速率為，。當驅(qū)動負載時峰值電流可達在通訊過程中會出現(xiàn)信號反射現(xiàn)象，實質(zhì)上，電氣傳動自動化年第期，該器件可承受的電壓范圍是；瞬間承受的功率約為；反應(yīng)速度快，典型的反應(yīng)時間小于。可將它們分別連接在接口收發(fā)器的接受線與地線之間、發(fā)送線與地線之間來抑制瞬態(tài)電壓的干擾，從而避免雷電對通信網(wǎng)絡(luò)的破壞。結(jié)束語本設(shè)計采用了實用而簡單的從串口取電的方既隔離了法，采用新型高速數(shù)字光隔，干擾信號、保護了儀器設(shè)

8、備，又減少了元件的使用，同時也采用了防雷保護。整個設(shè)計簡單、實用、成本低。參考文獻：李朝青機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)北京：北京航空航天大學出版社，戴伏生主編基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐北京：北京國防工業(yè)出版社，劉文豫，任宏高速數(shù)字光電耦合器及其應(yīng)用設(shè)計應(yīng)用，（）傅豐林主編模擬電子線路基礎(chǔ)西安：西安電子科技大學出版社，作者簡介：孫寧先（），男，遼寧省營口市人，年畢業(yè)于蘭州交通大學，獲得工學學士學位，現(xiàn)為蘭州交通大學光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室在讀研究生，研究方向為控制理論及控制工程。抗不連續(xù)和阻抗不匹配引起的，所以在網(wǎng)（）的匹配電阻。異步通信數(shù)據(jù)絡(luò)終端加是以字節(jié)的方式傳送，每一個字節(jié)在傳送的時候，總是先通過一個低電平起始位實現(xiàn)握手，為防止干擾信號誤觸發(fā)（收發(fā)器輸出）或（收發(fā)器輸入）產(chǎn)生負跳變，從而致使接收端進入接。因此，在的管腳和收或發(fā)送狀態(tài)接上拉電阻和。同理也在收發(fā)控制的管（低電平有效）和（高電平有效）也要連接腳上拉電阻，具體的硬件電路如圖所示（沒有使用的管腳未標注出來）。上拉電阻、的取值影響著光隔的可靠性，所以它們的阻值范圍是，為了一致，取、值為。防雷設(shè)施在通信線路中安裝防雷設(shè)施是必不可少的，因為威脅通信接口安全的主要因素是瞬態(tài)電壓的干擾，在此