传输模拟信号的装置和方法、以及模拟信号复用器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及模拟信号的传输，尤其涉及传输模拟信号的装置和传输模拟信号的方 法。还提供了模拟信号复用器，该模拟信号复用器使用了传输模拟信号的装置。
【背景技术】
[0002] 模拟信号广泛用在工业自动化中，用于诸如测量输入、模拟控制的应用中。在80 年代后期，HART(Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器高速通道） 协议在模拟信号中增加了频率信号，这将模拟信号的使用提高到高层次的工业自动化，如 智能仪器和资产管理。这种重要的使用以及严峻的工业环境对信号的精确度和隔离度都提 出了更高的要求，以便传输模拟信号。
[0003] 目前，模拟信号隔离有三种方法。第一种方法是使用耐高压的隔离开关 (PhotoMos)，第二种方法是使用绝缘线性放大器连同标准模拟开关，第三种方法是使用线 性度更好的变压器连同标准模拟开关。所有这些方法都可以隔离模拟信号并且传递具有高 线性度的信号。且不说这些方法中所使用的所有部件有多么昂贵，单是它们的尺寸就相对 较大，而且不适于对产品尺寸最小化。
【发明内容】
[0004] 下文提供了关于本申请的简短概要，以提供对本申请某些方面的基本理解。然而， 应当注意的是，这个概要不是对本申请的详细描述。其意不在确定本申请的关键部分或重 要部分，也不在限制本申请的范围。其目的仅在于关于本申请以简化的形式提出一些理念， 因而只是后文更详细的描述的前序。
[0005] 根据本申请一个方面，提供了传输模拟信号的装置，包括光电耦合器和非线性校 正单元。光电耦合器被配置成接收输入模拟信号，并将输入模拟信号转换成以非线性方式 随着输入模拟信号变化的输出模拟信号；非线性校正单元被配置成接收输出模拟信号，并 对非线性进行校正，以输出校正的输出模拟信号。
[0006] 根据本申请的另一个方面，还提供了模拟信号复用器，包括多路开关和多个传输 模拟信号的装置，复用器的每个切换信道控制其中一个装置。
[0007] 根据本申请的另一个方面，还提供了传输模拟信号的方法，包括：用光电耦合器将 输入模拟信号转换成以非线性方式随着输入模拟信号变化的输出模拟信号；用布置在光电 耦合器输出侧的非线性校正单元对非线性进行校正。
[0008] 根据本申请另一个方面，还提供了传输模拟信号的装置，包括输入单元、光电耦合 器、非线性校正设备、和至少一个输出功率放大器电路。输入单元包括至少一级输入放大器 电路，以将输入电压信号转换成电流信号，作为输入模拟信号；光电耦合器被配置成将输入 模拟信号转换成以非线性方式随输入模拟信号变化的输出模拟信号；非线性校正设备被配 置成对非线性进行补偿，并产生校正的输出模拟信号；至少一个输出功率放大器电路放大 校正的输出模拟信号。其中，输入单元进一步包括温度漂移补偿设备、恒定电流源和补偿功 率放大器，以将对应于非线性校正设备引起的温度漂移的补偿温度漂移引入到输入电压信 号中。
【附图说明】
[0009] 参考下文详细的描述并结合附图可以更好地理解本申请，在附图中，相同或相似 的部件使用相同或相似的附图标记。附图连同下文详细的描述包含在说明书中，并形成说 明书的不同部分，用于通过示例进一步阐述本申请的实施例且说明本申请的原理和优点。 其中：
[0010] 图1是示出了根据本申请实施例的传输模拟信号的装置的框图；
[0011] 图2示出了常用的光电耦合器的电流转移比；
[0012] 图3示出了图1所示框图的电路结构的第一实施例；
[0013] 图4示出了对图1所示框图的电路结构的第一实施例的修改；
[0014] 图5示出了图1所示框图的电路结构的第二实施例；
[0015] 图6示出了对图1所示框图的电路结构的第二实施例的修改；
[0016] 图7示出了根据本申请实施例的传输模拟信号的装置的另一个框图；
[0017] 图8示出了图7所示框图的示例性电路结构；
[0018] 图9不出了图7所不框图的另一个不例性电路结构；
[0019] 图10示出了图7所述框图的又一个示例性电路结构；
[0020] 图11示出了传输模拟信号的装置的另一个实施例的框图，其中，在输入单元中设 置了温度漂移补偿单元；
[0021] 图12示出了根据图11所示框图的传输模拟信号的装置的示例性实施例；以及
[0022] 图13示出了根据本申请实施例的模拟信号复用器的示例性电路结构。
【具体实施方式】
[0023] 下文将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。出于清楚和简洁的目的，并 非实际实施例的所有特征都在说明书中进行描述。然而，应当理解的是，为了实现开发者的 特定目标，在开发任何这种实际实施例的过程中，必须针对实施例做出很多决定，例如符合 与系统和操作相关的限制条件，这些限制条件可以根据不同的实施例变化。此外，还应当理 解的是，尽管开发工作非常复杂且耗时，但是这种开发工作对于从本公开获益的本领域技 术人员来说仅仅是日常工作。
[0024] 此外，为了防止不必要的细节使本申请难以理解，附图中仅示出了与本申请的方 案密切相关的设备结构和/或处理步骤，省略了与本申请不太相关的其它细节。
[0025] 此外，本公开中使用的术语"连接"及其变体意在涵盖"直接连接"和"间接连接"。 也就是说，当提到一个设备或电路连接到另一个设备或电路时，在该设备或电路与该另一 个设备或电路之间可以存在（或者不存在）其它设备和/或电路。
[0026] 装詈的示意件配詈
[0027] 与PhotoMos和隔离线性放大器相比，光电耦合器不仅相当小而且还耐高压。而 且，与用于隔离的其它部件相比，常用的光电耦合器的价格更加便宜。然而，光电耦合器的 电流转移比通常是离散的且非线性的。因此，当使用不同的光电耦合器传输模拟信号时， 将在输入模拟信号和不同的输出模拟信号之间关于不同的光电耦合器产生非线性（离散 性）。
[0028] 为了克服上述问题，本申请的发明人提出：当常用的光电耦合器用来传输并隔离 模拟信号时，通过在光电耦合器的输出侧增加非线性校正单元可以校正非线性。在模拟 信号被输出之前，输入和输出模拟信号之间的非线性可以由非线性校正单元校正。因此， 可以大大降低在传输期间消除非线性的高成本，例如使用相当昂贵的隔离开关（例如， PhotoMos和隔离线性放大器）。
[0029] 上述非线性校正单元可以被配置成至少能够产生非线性信号变化，该非线性信号 变化对应于通过光电耦合器传输的输入和输出模拟信号之间的非线性变化。非线性校正单 元设置在光电耦合器的输出侧，因此，输入和光电耦合器输出的输出模拟信号之间的非线 性变化可以被非线性校正单元产生的相应的非线性信号变化校正（补偿）。
[0030] 本申请的发明人注意到，在电流转移比双对数坐标的特性曲线中，大多数光电耦 合器的电流转移比对于小电流来说是线性的。因此，发明人提出利用光电耦合器的双对 数线性范围，并提供了具有相同非线性特性的校正设备来校正光电耦合器的输出中的非线 性。在这种情况下，如上文所说明的，光电耦合器被配置成至少工作在其电流转移比双对数 坐标中特性曲线的线性区域，并且在通过光电耦合器传输的输入和输出模拟信号之间发现 了非线性传输关系。同时，被设置在光电耦合器输出侧的非线性校正单元被配置成也工作 在双对数坐标中其特性曲线的至少一部分，从而产生相应的非线性信号变化，使得输入和 输出信号之间的非线性关系被非线性校正单元产生的非线性信号变化校正。如下文将要描 述的，至少一个二极管或至少一个晶体管的结（junct ion)可以作为非线性校正单元的示 例，非线性校正单元在双对数坐标中具有线性特性曲线。通过这样做，可以以线性方式传递 隔离的模拟信号，不仅精确度高，而且与现有技术相比，该解决方案更加便宜，产品尺寸更 小。
[0031] 在此，发明人注意到，光电耦合器以及二极管或晶体管的双对数坐标中特性曲线 的至少一部分的线性是其固有性能，需要做的仅仅是使它们工作在双对数坐标中其特性曲 线的线性区域。
[0032] 具体地，如图1所示，传输模拟信号的装置包括光电耦合器102和非线性校正单元 104。光电耦合器102被配置成接收输入模拟信号，并将输入模拟信号转换成以非线性方式 随输入模拟信号变化的输出模拟信号；非线性校正单元104被配置成接收输出模拟信号并 校正非线性，从而输出校正的输出模拟信号。