专利名称：一种两线无源模拟信号隔离放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路(IC)，主要是指一种可以应用在模拟信号数据采集，隔离传输及供电，工业现场信号隔离传输及变换，地线干扰抑制，信号远程无失真传输，仪器仪表与传感器信号的隔离变换以及电力设备及医疗仪器安全隔离栅等的两线无源模拟信号隔离放大器。
背景技术：
信号隔离技术是使模拟信号在发送时不存在穿越发送和接收端之间屏障的电流连接。这允许发送和接收端外的地或基准电平之差可以高达几千伏，并且防止了可能损害信号的不同地电位之间的环路电流。信号地的噪声可使信号受损。隔离可将信号分离到一个干净的信号子系统地，使传感器、仪器仪表或控制系统与电源之间互相隔离，从而保证整个系统装置的工作安全、可靠及稳定。
而在另一种应用中，基准电平之间的电连接可隔离产生一个对于操作人员或病人不安全的电流通路。
信号隔离器件依赖于无发送器和接受器来跨越隔离屏障，这种器件曾用于数字信号，但线性化问题迫使模拟信号隔离采用变压器、光电偶合器、电容或光电池等器件来实现。
模拟信号隔离在许多系统中，模拟信号必须隔离。模拟信号所考虑的电路参量完全不同于数字信号。
模拟信号通常先要考虑精度或线性度、频率响应、噪声等。然后是对电源的要求，电源要求高隔离、高精度、低噪声，特别是对输入级。也应该关注隔离放大器的基本精度或线性度不能依靠相应的应用电路来改善，但这些电路可降低噪声和降低输入级电源要求。
对信号隔离的另一问题是隔离放大器输入级所需的功耗。而隔离放大器的输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为基准，输入级通常浮动在另一个电位上。因此，输入级的电源也必须隔离。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种两线无源模拟信号隔离放大器，用以解决现有技术中存在的不足。
实现本实用新型的技术方案是这种两线无源模拟信号隔离放大器包括将模拟信号按比例进行隔离和转换的混合集成电路，可实现电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换；其主要技术是包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等，其中输入信号经过运算放大器U11以后，进入光电耦合器U12，经光电耦合器隔离后输出。
该技术方案还包括所述4-20mA直流信号正向通过反接保护二极管D1，经C1滤波后通过电阻R1、R2、IC1回到4-20mA的负端，同时C2、C3、C4、L1产生振荡，经过IC2调制后传递给L2，经L2控制高隔离变压器T1振荡，C5、C6通过充放电给T1补偿能量。信号通过电磁耦合传递到变压器的次级，然后经过D1、D2、C7、C8、C9解调电路还原，再通过C10、C11、L3组成的带通滤波器滤波后输出4-20mA直流信号。
所述4-20mA信号隔离器的信号输入低阻抗处理，整个电路的等效电阻很小，使输入信号的电压值达到超宽范围7.5～32VDC，经过本隔离器以后信号的压降小于2.5V，以满足信号长线无失真传输的需要。
所述信号隔离器的耦合变压器采用的是一种高Q值、低导磁率、低阻抗的磁环。以保证信号能够高精度(0.1％)、高线性度(0.2％)的无失真传输。
所述信号隔离器的内部电路采用宽爬电距离，高品质漆包线绝缘的有效措施，使信号的输入与输出之间的隔离电压达到3KVAC(5KVDC)。
所述信号隔离器的内部采用陶瓷基板，抽真空阻燃材料灌封，提高整个产品的散热能力及可靠性.使产品能在工业级-45～+85℃的宽温度，潮湿振动环境下长期工作。
所述信号隔离器的安装使用简便，使用时无需外接任何元器件即可实现产品的全部功能。如果装入导轨盒中，即可在现场控制电器的导轨上冷安装使用。以及所述12脚封装IC引脚定义为1信号输入lin+；2信号输入GND；9、10信号输出Io-；11、12信号输出Io+。
本实用新型的有益效果是该技术适用于工业控制、医疗设备、仪器仪表等系统中地电位有很大差别的电路设计中。具有性能集成的高水平使得跨越隔离屏障能实现从前做不到的更复杂的操作，实现了低成本、小体积、高精度、多功能。
图1是本实用新型的电路原理图。
图2是本实用新型的原理框图。
图3是本实用新型的外型尺寸图。
图4是本实用新型的12脚封装引脚接线描述图。
具体实施方式
无源型IC内部包含有电流信号调制解调电路、信号偶合隔离变换电路等，很小的输入等效电阻，使该IC的输入电压达到超宽范围(7.5-32V)，以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。内部的陶瓷基板、印刷电阻工艺及新技术隔离措施使器件能达到3KVAC绝缘电压和工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣环境要求。该芯片使用非常方便，无需外接任何元件即可实现4-20mA电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换功能。
对于电源噪声的干扰，可以采用调制载波使模拟信号跨越这个屏障。如两线无源隔离放大器(见图2)使模拟隔离简化。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分接收被调制的信号，把它变换回模拟信号去掉调制/解调过程中固有的纹波成份。
所述信号隔离器的安装使用简便，使用时无需外接任何元器件即可实现产品的全部功能。如果装入导轨盒中，即可在现场控制电器的导轨上冷安装使用。本实用新型的有益效果是该技术适用于工业控制、医疗设备、仪器仪表等系统中地电位有很大差别的电路设计中；具有性能集成的高水平使得跨越隔离屏障能实现从前做不到的更复杂的操作，实现了低成本、小体积、高精度、多功能。
本技术的特性精度等级0.1级、0.2级、0.5级；全量程范围内极高的线性度(非线性度<0.2％>；国际标准信号0-10mA/0-20mA/4-20mA输入/输出；超宽范围信号输入电压7.5～32V；具有低输入抗组(压降＜2.5V)和输出高负载能力；低成本，小体积，标准单列SIP12脚IC封装；工业级工作温度范围，符合UL-94标准的阻燃材料真空灌封；信号输入/输出隔离电压3KVAC；
权利要求1.一种两线无源模拟信号隔离放大器，包括将模拟信号按比例进行隔离和转换的混合集成电路，其特征是包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等，可实现电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换；其中输入信号经过运算放大器U11以后，进入光电耦合器U12，经光电耦合器隔离后输出。
2.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述4-20mA直流信号正向通过反接保护二极管D1，经C1滤波后通过电阻R1、R2、IC1回到4-20mA的负端，同时C2、C3、C4、L1产生振荡，经过IC2调制后传递给L2，经L2控制高隔离变压器T1振荡，C5、C6通过充放电给T1补偿能量。信号通过电磁耦合传递到变压器的次级，然后经过D1、D2、C7、C8、C9解调电路还原，再通过C10、C11、L3组成的带通滤波器滤波后输出4-20mA直流信号。
3.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述4-20mA信号隔离器的信号输入低阻抗处理，整个电路的等效电阻很小，使输入信号的电压值达到超宽范围7.5～32VDC，经过本隔离器以后信号的压降小于2.5V。
4.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述信号隔离器的耦合变压器采用的是一种高Q值、低导磁率、低阻抗的磁环，以保证信号能够高精度(0.1％)、高线性度(0.2％)的无失真传输。
5.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述信号隔离器的内部电路采用宽爬电距离，高品质漆包线绝缘，使信号的输入与输出之间的隔离电压达到3KVAC-5KVDC。
6.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述信号隔离器的内部采用陶瓷基板，抽真空阻燃材料灌封，可抗工业级-45～+85℃的宽温度，潮湿，振动。
7.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述信号隔离器无外接任何元器件；装入导轨盒中，即可用于在现场控制电器的导轨上冷安装。
8.如权利要求1所述的两线无源模拟信号隔离放大器，其特征是所述12脚封装IC引脚定义为1信号输入lin+；2信号输入GND；9、10信号输出Io-；11、12信号输出Io+。
专利摘要一种两线无源模拟信号隔离放大器，包括将模拟信号按比例进行隔离和转换的混合集成电路，可实现电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换；其主要技术是包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等，其中输入信号经过运算放大器U11以后，进入光电耦合器U12，经光电耦合器隔离后输出。该技术适用于工业控制、医疗设备、仪器仪表等系统中地电位有很大差别的电路设计中；具有性能集成的高水平使得跨越隔离屏障能实现从前做不到的更复杂的操作，实现了低成本、小体积、高精度、多功能。
文档编号H03F3/00GK2775937SQ20052005706
公开日2006年4月26日 申请日期2005年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者于广沅 申请人:于广沅