专利名称：多通道光电耦合采样开关器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多通道自动化数据采集的信号传送、切换及通道隔离组件，特别涉及一种多通道光电耦合采样开关器。
传感器检测到的微弱电信号长线传输时，通常采用电流传送信号并进行隔离的方案，以提高抗干扰能力。目前，光耦合器用于数字量信号或开关量信号的隔离传送已广泛应用。由于半导体器件的非线性，对于模拟量信号的直接传送仍然采用磁耦合隔离方法。常用产品是隔离式I/V转换器。如果用电流信号进行长线传送，每个通道都要配用一个隔离式I/V转换器。传感器检测到的弱信号由变送器放大并转换为电流信号，经传输线在接收端又用隔离式I/V转换器将电流信号转换成电压信号，再作信号处理。对于多通道数据采集系统来说，存在着电路复杂，体积大，价格贵，调试不便等问题。
本发明的目的是以光耦合器为主组成一种多通道采样开关器，而且只需要配用一个隔离式I/V转换器，即可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。
多通道被检测的物理量，经过传感器与变送器转换成在一定范围内(如0～10毫安)相应变化的电流信号用长线传送。本发明对各通道的电流信号，可按要求逐个切换接入隔离式I/V转换器，再转变成电压信号，经模数转换器转换成数字量，然后输入计算机。
本发明是将多个由光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端网络单元之输出端并联，在总输出端串接一个防电平抖动平衡网络，并组装在一只盒式容器内的组件。它具有多对输入端和一对输出端。各网络单元分别受控制电路控制。它必须也只需要配用一个隔离式I/V转换器，即可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。
多通道光电耦合采样开关器电路简单，体积小，工作可靠，成本低，且调试方便，易于单个制作或成批生产系列化产品。
本发明有如下附图
图1为多通道光电耦合采样开关器单个通道电路图;
图2为多通道光电耦合采样开关器另一种单个通道电路图;
图3为用光耦合器构成的保护电路图;
图4为用稳压二极管构成的保护电路图;
图5为防电平抖动平衡网络电路图。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1、2示出的单个通道电路图都是一个七端网络单元。C1、E2端子为输入端，E1、C2端子为输出端，M、N端子为控制端，外接控制电路，其中N端子接地，H端子为电源端，接正电源+E，光耦合器G1、G2型号相同。
输入端C1是光耦合器G1的受光三极管的集电极，输入端E2是光耦合器G2的受光三极管的发射极;输出端E1是光耦合器G1的受光三极管的发射极，输出端C2是光耦合器G2的受光三极管的集电极;控制端M经基极电阻RB1接驱动晶体三极管T1的基极，控制端N是驱动晶体三极管T1的发射极，接地为零电位;光耦合器G1、G2中的发光二极管有串、并联两种接法。图1为串联接法，光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管正极相连，光耦合器G1的发光二极管正极经负载电阻RD1与正电源+E连接，光耦合器G2的发光二极管负极与驱动晶体三极管T1的集电极连接;图2为并联接法，光耦合器G1的发光二极管正极与光耦合器G2的发光二极管正极相连，并经负载电阻RD1与正电源+E连接，光耦合器G1的发光二极管的负极与光耦合器G2的发光二极管负极相连，并与驱动晶体三极管T1的集电极连接;保护电路BH是一个五端网络或二端网络，五端网络或二端网络的两个端子跨接在七端网络单元的输入端C1、E2，五端网络的其它三个端子中的H端接正电源+E，F端接驱动晶体三极管T1的集电极，N端即驱动晶体三极管T1的发射极接地为零电位。
防电平抖动平衡网络是一个四端网络，如图5所示。其输入端之一是光耦合器G1的受光三极管的发射极E1，即七端网络单元的输出端E1，输入端之二是光耦合器G2的受光三极管的集电极C2，即七端网络单元的输出端C2，输出端为S、K。E1、S端间有一个可变电阻RW1，C2、K端间有一个可变电阻
、K端间跨接有电容器C＊。
控制电路KZ可以直接选用各种型号的微处理器系列中的输入/输出接口电路，也可以用分立元器件组成。
对于光耦合器G1、G2发光二极管串联连接的七端网络单元，给光耦合器G1、G2的发光二极管加上足以使受光三极管处于深度饱和的工作电流，即控制电流ID，则光耦合器G1的C1、E1端间以及光耦合器G2的E2、C2端间相当于短接，模拟信号电流可以顺利通过。反之，断开ID，则C1、E1端间以及C2、E2端间相当于开路。
然而，实际上在C1、E1端间以及C2、E2端间饱和导通时，仍有0.1～0.4伏左右的饱和压降，这与信号电流的大小以及所选用的光耦合器的型号有关。此饱和压降可以视为存在动态电阻
和
。如果信号源变送器为恒流输出，其输出电阻为RSC，负载电阻即I/V转换器的输入电阻RSr，则只要满足Rsc>>Rc1E1+Rc1E2+RSr+RW1+RW2]]>
就可保证信号源变送器恒流输出，串联电路中各点电流相等。因此，动态电阻
和
的存在及其变化对模拟信号电流的传输无影响。
由于变送器都是高阻恒流输出，I/V转换器也都是低阻输入，可变电阻RW1和RW2根据实际负载调整(阻值可以为O)，所以上述关系式容易满足。
光耦合器G1、G2发光二极管并联连接的七端网络单元，与串联连接的七端网络单元实质上是相同的。区别在于流过驱动晶体三极管T1的控制电流的大小不同，因此，负载电阻RD1的取值不同，驱动晶体三极管T1的型号参数也不同。
以下就光耦合器G1、G2中的发光二极管串联连接的七端网络单元中保护电路BH(见图1)的两种不同网络形式，介绍本发明的两个实施例。
实施例1图3为实施例1的一种五端网络形式的保护电路。光耦合器G3与图1、2中的光耦合器G1、G2的型号相同。晶体三极管T2为光耦合器G3的驱动晶体三极管，与图1、2中的驱动晶体三极管T1的型号相同。电阻RB2为驱动晶体三极管T2的基极电阻，电阻RD2为光耦合器G3中发光二极管的负载电阻。电阻R＊是模拟通道负载电阻，其取值应尽可能符合如下关系式R＊＝Rsr+Rc1E1+
或者R＊＝Rsr+Rc2E2+
当控制电路KZ发出启动该通道采样的信号即输出高电平时，晶体三极管T1饱和导通。驱动光耦合器G1、G2同时饱和导通。此时F端为低电位，使驱动晶体三极管T2截止，因而光耦合器G3截止，C1、E2端间断开。信号电流从变送器一个输出端流出，经光耦合器G1的C1端到E1端，再经过防电平抖动平衡网络的S端流入隔离式I/V转换器的一个输入端，又从另一个输入端流出，经过防电平抖动平衡网络的K端到C2端，再经过光耦合器G2的E2端流入变送器的另一个输出端，从而构成闭合回路。这样信号电流就从变送器经过光耦合器G1、G2传送到隔离式I/V转换器，经I/V转换器转换成信号电压。该信号电压又经模数转换器转换成数字量，然后输入计算机中，从而实现了隔离式数据采集。
而当控制电路KZ发出关闭该通道采样的信号即输出低电平时，晶体三极管T1截止，使光耦合器G1、G2也同时截止，该通道切断。此时F端为高电位，使驱动晶体三极管T2饱和导通，从而使光耦合器G3也饱和导通。此时相当于在光耦合多路采样开关器C1、E2端间接入负载电阻R＊。变送器输出的信号电流经光耦合器G3，负载电阻R＊，流回变送器。保护恒流源不致因通道的切断而电压上升造成故障。
图1、3中的光耦合器G1、G2、G3型号为G0103(参见苏州半导体总厂企业标准);驱动晶体三极管T1、T2型号为3DK;电阻RD1、RD2为68欧;电阻RB1、RB2为470欧;电阻R＊为270欧。电源+E为+5伏。图5中的可变电阻RW1、RW2为470欧电位器，电容C＊为0.47微法。
光耦合器G1、G2的关断和光耦合器G3的饱和是同步进行的，反之亦然。因此该实施例的采样速度比较快，而且各通道的关闭和导通比较平滑，不会发生较大的电压抖动，适合于采样频率较快的系统中使用。
实施例2图4为实施例2的一种二端网络形式的保护电路。它实际上是一个稳压二极管DW，跨接在多通道光电耦合采样开关器的输入端C1、E2之间。
当控制电路KZ发出启动该通道采样的信号即输出高电平时，晶体三极管T1饱和导通，驱动光耦合器G1、G2同时饱和导通。此时C1、E2间的电位差低于稳压二极管DW的反向击穿电压(选择稳压二极管型号及参数可以满足要求)，使稳压二极管DW处于截止状态，C1、E2端间断开。信号电流从变送器一个输出端流出，经光耦合器G1的C1端到E1端，再经过防电平抖动平衡网络的S端流入隔离式I/V转换器的一个输入端，又从另一个输入端流出，经过防电平抖动平衡网络的K端到C2端，再经过光耦合器G2的E2端流入变送器的另一个输出端，从而构成闭合回路。这样信号电流就从变送器经过光耦合器G1和G2传送到隔离式I/V转换器，经I/V转换器转换成信号电压。该信号电压又经模数转换器转换成数字量，然后输入计算机中，从而实现了隔离式的数据采集。
而当控制电路KZ发出关闭该通道采样的信号即输出低电平时，晶体三极管T1截止，使光耦合器G1、G2也同时截止，该通道切断。此时C1、E2间的电位差突然升高，使稳压二极管DW击穿导通，形成回路。保护恒流源不致因通道切断而电压上升造成故障。
图4中的稳压二极管DW型号为2CW60。
本实施例电路简单，元器件少，成本低。但采样速度相对比较慢，只适用于一般的工业现场检测控制。
权利要求
1.一种多通道光电耦合采样开关器，其特征在于它是将多个由光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端网络单元之输出端并联，在输出端串接一个防电平抖动平衡网络，并组装在一只盒式容器内的组件，它具有多对输入端和一对输出端，各网络单元分别受控制电路控制，七端网络单元的构成是1.1G1、E2端子为输入端，输入端C1是光耦合器C1的受光三极管的集电极，输入端E2是光耦合器G2的受光三极管的发射极；1.2E1、C2端子为输出端，输出端E1是光耦合器G1的受光三极管的发射极，输出端C2是光耦合器G2的受光三极管的集电极；1.3M、N端子为控制端，控制端M经基极电阻RB1接驱动晶体三极管T1的基极，控制端N是驱动晶体三极管T1的发射极，接地为零电位，H端子为电源端，接正电源+E；1.4光耦合器G1、G2中的发光二极管有串并联两种接法，串联接法是光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管正极相连，光耦合器G1的发光二极管正极经负载电阻RD1与正电源+E连接，光耦合器G2的发光二极管负极与驱动晶体三极管T1的集电极连接，并联接法是光耦合器G1的发光二极管正极与光耦合器G2的发光二极管正极相连，并经负载电阻RD1与正电源+E连接，光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管负极相连，并与驱动晶体三极管T1的集电极连接；1.5保护电路是一个五端网络或二端网络，五端网络或二端网络的两个端子跨接在七端网络单元的输入端C1、E2、五端网络的其它三个端子，其一接正电源+E、其二接驱动晶体三极管T1的集电极，其三接地为零电位。
全文摘要
一种多通道光电耦合采样开关器，它是将多个由光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端网络单元之输出端并联，在总输出端串接一个防电平抖动平衡网络，并组装在一只盒式容器内的组件。它必须也只需与一个隔离式I/V转换器配合使用，即可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。其电路简单，体积小，工作可靠，成本低，且调试方便，易于单个制作或成批生产系列化产品。可广泛应用于自动化仪表、计算机控制的多通道数据采集系统中，以提高系统抗干扰能力。
文档编号G08C19/30GK1032986SQ88106829
公开日1989年5月17日 申请日期1988年9月16日 优先权日1988年9月16日
发明者陈立群 申请人:陈立群