本发明涉及电子领域，尤其涉及一种低功耗高精度模拟量隔离电路。
背景技术
在工业自动化的两线制仪器仪表中，为增强仪表的抗干扰性能，常常需要输入信号与输出信号电气隔离，对于数字信号隔离方法很多而且隔离器件的功耗也很低，比较容易实现，而对于模拟信号隔离方法有以下几种，其中，v-f，f-v隔离方法即先将模拟量转换为频率信号(v-f)，再将频率信号通过数字方式隔离，在隔离端采用f-v电路将频率信号还原成模拟信号即电压信号，该方法精度高，线性好，但是一般的v-f转换芯片功耗都大于4ma，不满足两线制低功耗要求；线性光耦隔离方法具有功耗低的优点，但是由于光耦元件随时间光衰较大，温漂大，线性差，精度不高；变压器隔离，同样具有功耗低的优点，但是其工艺复杂，成本高，一致性难以保证。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种低功耗高精度模拟量隔离电路，以解决上述技术问题。
本发明提供的低功耗高精度模拟量隔离电路，包括：
v/pwm电路，用于将输入的模拟电压信号转换为pwm信号；
磁隔离电路，用于对pwm信号进行隔离；
pwm/v电路，用于将pwm信号还原成电压信号。
进一步，所述v/pwm电路包括积分电路和触发器，所述积分电路的输出端与触发器的输入端连接，所述触发器为施密特触发器。
进一步，所述v/pwm电路还包括模拟开关，触发器的输出端与模拟开关的控制端连接，当触发器输出高电平时，基准电压通过模拟开关切换至与积分电路的同相端连接；当触发器输出低电平时，低电平通过模拟开关切换至与积分电路的同相端连接。
进一步，当所述触发器输出高电平时，所述施密特触发器通过模拟开关接通，积分电路中的电容开始充电，当输出电压升至施密特触发器的比较上限时，所述触发器的输出变低，所述积分电路的电容放电，使输出电压降低，当降至施密特触发器的比较下限时，所述积分电路的电容开始充电，产生周期脉冲。
进一步，所述pwm/v电路包括滤波电路和用于将pwm信号转换为直流电压信号的逻辑模块，所述逻辑模块的第一输入端与供电电源连接，所述逻辑模块的第二输入端与磁隔离电路的输出端连接，所述逻辑模块的输出端与滤波模块连接。
进一步，所述逻辑模块为与逻辑模块。
进一步，所述滤波模块为用于去除高频信号的rc滤波电路。
进一步，所述模拟开关为单刀双掷开关。
本发明的有益效果：本发明中的低功耗高精度模拟量隔离电路，通过将模拟电压信号转换为pwm信号，在通过磁隔离电路后，再将pwm信号还原为模拟电压信号，是输出电压与输入电压呈精确的线性关系，电路结构简单，容易实现，成本较低，并且功耗非常低，满足了工业自动化仪表所需的低功耗要求。
附图说明
图1是本发明实施例中低功耗高精度模拟量隔离电路的原理框图。
图2是本发明实施例中低功耗高精度模拟量隔离电路的v/pwm的电路示意图。
图3是本发明实施例中低功耗高精度模拟量隔离电路的pwm/v的电路示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例中的低功耗高精度模拟量隔离电路，主要包括磁隔离电路、用于将电压信号转换为pwm信号的v/pwm电路和用于将pwm信号还原成电压信号的pwm/v电路；所述v/pwm电路的输入端与模拟电压输入端连接，v/pwm电路的输出端与磁隔离电路的输入端连接，磁隔离电路的输出端与pwm/v电路的输入端连接。
在本实施例中，v/pwm电路的作用是将输入的模拟电压vin转换为与之成线性关系的pwm信号(占空比可调方波信号)，然后再通过低功耗的磁隔离电路pwm信号输出至隔离端，在隔离端采用pwm/v电路将pwm信号还原成电压信号vout。v/pwm电路包括互相连接的积分电路和触发器，本实施例中的触发器为施密特触发器，还包括模拟开关u31，所述积分电路的输出端与施密特触发器u29的输入端连接，施密特触发器u29的输出端通过模拟开关u31与所述施密特触发器的输出端连接，如图2所示，本实施例中的积分电路主要由电阻r55、电阻r56、电容c57和运算放大器u27b组成，模拟开关u31中的s引脚是控制端，a是公共端，s为高电平时，b2与a连接；s为低电平时，b1与a连接。
当施密特触发器u29输出高电平时，模拟开关接通b2，设输入电压vn<vi<vp,则此时积分器给电容c充电使电压v0升高,充电电流为:
ii＝(vp–vi)/r(1)
当v0升高至施密特比较器上限vh时，u29输出变低使模拟开关接通0v，此时电容c57放电使v0降低，放电电流为:
i0＝(vi–0)/r(2)
当v0降至比较器下限vl时,u29翻转又使电容充电,于是u29输出端产生周期脉冲。设正脉宽为t1,负脉宽为t2,根据电荷平衡原理,电容的充放电电量相等,即
t1×(vp–vi)/r＝t2×(vi–0)/r(3)
当v0降至比较器下限vl时,u29翻转又使电容充电,于是u29输出端产生周期脉冲。设正脉宽为t1,负脉宽为t2,根据电荷平衡原理,电容的充放电电量相等,即占空比
d＝t1/(t1+t2)＝(vi-0)/(vp-v0)(4)
在本实施例中，d＝vi/vp,脉冲的占空比只与参考电压有关转换精度极高。本电路中采用模拟开关切换参考电压vp和vn，其中，vn通过下拉电阻直接接电路地实现，vn＝0v，vp采用高精度电压基准通过精密电阻分压后，经低失调电压运放做电压跟随后获得。
在本实施例中，pwm/v电路包括滤波电路和用于将pwm信号转换为直流电压信号的逻辑模块，所述逻辑模块的第一输入端与供电电源连接，所述逻辑模块的第二输入端与磁隔离电路的输出端连接，所述逻辑模块的输出端与滤波模块连接，如图3所示，本实施例中的磁隔离电路优选为磁隔离芯片adum1240，逻辑模块为两输入与门u4，pwm信号经过磁隔离电路处理后，输入与门u4，实现pwm信号到直流电压的转换，输出经过rc滤波去除高频成分。逻辑芯片u4选用sn74ahc1g08芯片，两输入与逻辑。如图所示u4的一个输入端(1脚)接供电电源，保证了逻辑芯片输出与sig信号输出同相。
在本实施例中，与门u4输出电压有效值为vout＝vol*(1-d)+voh*d＝vol+(voh-vol)*d
其中，voh为u4输出高电平电压值；vol为u4输出低电平电压值；d为sig信号(pwm)占空比；
vol典型值为0v；voh典型值为供电电压。
因此输出电压vout＝voh*d，而前述计算d＝vin/vp，voh为u4供电电压，得出vout＝voh*vin/vp，只要合理设置u4供电电压和vp值即可使得输出电压vout与输入电压vin成精确的线性关系。上述主要芯片u29、u30、u31功耗分别为0.2ma、34ua、10ua，功耗之和为0.235ua，很好的满足低功耗要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。