一种电压信号转换电路及电压信号转换板的制作方法

本实用新型涉及高速信号技术领域。本实用新型进一步涉及一种电压信号转换电路及电压信号转换板。

背景技术：

在德国提出“工业4.0”，美国提出“互联网+”以及由中国提出的“中国制造2025”的情况之下，各行各业都纷纷进入了数字化时代，由传统的工业制造转变为智能制造，由智能机器人和机械手来代替大量人工作业。这种转变一方面提高了工作效率，另一方面提高了生产质量和产品合格率。基于这样的大背景下，智能设备、工业机器人等也在加快更新换代。随之而来的就是各种不同电压之间的信号传输也越来越多，常用的电气控制元器件(继电器等)大部分是dc24v，而数据采集卡大部分是dc3.3v。因此，不同电压的器件不能直接相连，电压低的不能驱动电压高的元器件，电压高的驱动电压低的就会把电压低的元器件烧毁。传统的集成方式通常是在不同类型的器件之间增加变压器件或者复杂的变压电路来实现。这些方式仍存在一些缺点，例如成本较高、变压过程中信号的质量损耗较大、抗干扰性差等。其中，信号的质量损耗较大、抗干扰性差的问题在高速信号的传输过程中就显得尤为突出。

因此，为了解决现有技术中存在的上述缺陷，需要提出一种在不同电压之间传输高速信号的方式，通过简单易构的转换电路及转换板完成不同电压信号的传输，提高高速信号传输的抗干扰能力，保证信号传输的准确性。

技术实现要素：

一方面，本实用新型基于上述目的提出了一种电压信号转换电路，其中该电路包括：

第一信号输入端；

第二信号输入端；

安全地端；

高速光耦，该高速光耦的第一端连接至第一信号输入端，高速光耦的第二端连接至安全地端，高速光耦的第三端连接至第二信号输入端，高速光耦的第四端经第一电阻、第二电阻连接至安全地端；

高速比较器，该高速比较器的负向端经第一电阻连接至高速光耦的第四端，高速比较器的正向端经第三电阻、第四电阻连接至第二信号输入端，高速比较器的输出端连接至信号输出端。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

发光二极管，该发光二极管正极连接至第二信号输入端，发光二极管负极连接至高速比较器的输出端。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中高速比较器的高电平端连接至第二信号输入端，高速比较器的低电平端连接至安全地端。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

第一稳压管，该第一稳压管串联在第一信号输入端与高速光耦的第一端之间。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

第二稳压管，该第二稳压管的第一端连接至安全地端，第二稳压管的第二端经第三电阻连接至第二信号输入端。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

第一滤波电容，该第一滤波电容与第二电阻并联。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

第二滤波电容，该第二滤波电容与第二稳压管并联。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中电路进一步包括：

第三滤波电容，该第三滤波电容的第一端连接至高速比较器的高电平端，第三滤波电容的第二端连接至安全地端；和

第四滤波电容，该第四滤波电容与第三滤波电容并联。

根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例，其中第一信号输入端的额定输入电压大于第二信号输入端的额定输入电压。

另一方面，本实用新型还提出了一种电压信号转换板，其中该电压信号转换板包括前述任一项实施例的电压信号转换电路。

采用上述技术方案，本实用新型至少具有如下有益效果：高速光耦能很好的提高高速信号传输的抗干扰能力，高速比较器能快速的处理传输进来的高速信号，并且比较正向端和负向端的电压的高低输出相对应的电平信号，有效的解决了不同电压之间的高速信号传输的问题，成本低廉、结构简单，适于大规模推广使用。

本实用新型提供了实施例的各方面，不应当用于限制本实用新型的保护范围。根据在此描述的技术可设想到其它实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

下面参考附图更详细地解释和描述了本实用新型的实施例，但它们不应理解为对于本实用新型的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，结构顺序可以被不同地布置。

图1示出了根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例的示意图；

图2示出了根据本实用新型的电压信号转换电路的又一实施例的示意图。

具体实施方式

虽然本实用新型可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，但应该理解的是，本公开将被认为是本实用新型的示例并不意图将本实用新型限制于所说明的具体实施例。

图1示出了根据本实用新型的电压信号转换电路的实施例的示意图。如图所示，在本实用新型的电压信号转换电路的实施例中，该电路100至少包括第一信号输入端11(in0)、第二信号输入端12(mcu)和安全地端13(gnd和com)；高速光耦20(u1)，该高速光耦20的第一端21(u11)连接至第一信号输入端11，高速光耦20的第二端22(u12)连接至安全地端13，高速光耦20的第三端13(u13)连接至第二信号输入端12，高速光耦20的第四端24(u14)经第一电阻41(r1)、第二电阻42(r2)连接至安全地端13；高速比较器30(u2a)，该高速比较器30的负向端31(u2a4)经第一电阻41连接至高速光耦20的第四端24，高速比较器30的正向端32(u2a5)经第三电阻43(r3)、第四电阻44(r4)连接至第二信号输入端12，高速比较器30的输出端33连接至信号输出端14(di_0)。

以前述电气控制元器件(继电器等)和数据采集卡为例，需要将电气控制元器件的dc24v高速信号转换为数据采集卡能够接收的dc3.3v，因此输入端要连接直流24v的元器件，输出端输出直流3.3v，用于驱动直流3.3v的数据采集卡工作。每路输入信号和输出信号都各有两根线，一根为信号线，一根为地线，它们的“地”是同一个“地”。利用本实用新型的电路的实施例进行不同电压之间的高速信号传输，首先第一信号输入端11(in0)输入电气控制元器件的高速信号，其次第二信号输入端12(mcu)连接一个dc3.3v的电源，并且在信号输出端14(di_0)连接有数据采集卡，该数据采集卡可以通过上位机或者软件程序读取信号输出端的高低电平。高速光耦20(u1)主要起隔离信号的作用，提高抗干扰能力，当高速光耦20(u1)的第一端21(u11)从第一信号输入端11(in0)流入直流24v电压时，高速光耦20内部的发光二极管发光会发出光信号，该光信号能被内部的光敏元件检测到，使高速光耦20的第三端13(u13)和第四端24(u14)之间的电路导通，最终实现“电-光-电”形式的信号传输。高速光耦20的第三端13(u13)连接了从第二信号输入端12(mcu)输入直流3.3v的电源，当高速光耦20的第三端13(u13)和第四端24(u14)之间的电路导通时，高速光耦20就会接通第二信号输入端12(mcu)的直流3.3v电源、第一电阻41(r1)、第二电阻42(r2)至安全地端13(gnd)之间的通路。第一电阻41(r1)和第二电阻42(r2)起分压的作用，同时也在当高速光耦20的第三端13(u13)和第四端24(u14)没有导通时，保持低电平状态，防止误操作。高速比较器30(u2a)有一个正向端32(u2a5)和一个负向端31(u2a4)，当第一信号输入端11(in0)没有直流24v电压信号输入时，高速比较器30的负向端31没有电压，导致负向端31的电压值低于正向端32的电压，所以在整个电路的信号输出端14(di_0)输出的是高电平；当第一信号输入端11(in0)有24v电压信号输入时，反向端31的电压高于正向端32的电压，此时信号输出端14(di_0)输出低电平。连接在信号输出端14(di_0)的数据采集卡通过上位机或者软件程序读取信号输出端14(di_0)的高低电平时，若在检测为高电平，则表示电气控制元器件的高速信号为低电平；若检测为低电平，则表示电气控制元器件的高速信号为高电平(dc24v)。

另外，需要注意的是，在选择高速光耦20和高速比较器30时，需要注意速率。如果采集速度不够高，会导致信号不完整，数据部分丢失。比如在采集高速脉冲信号时，可以通过脉冲数来计算相应的数据，一旦脉冲数错了，以后的数据都是错误的，高速光耦20和高速比较器30的速率一定要高于脉冲仪器采集的速率。

此外，对于第一电阻41(r1)、第二电阻42(r2)和第三电阻43(r3)、第四电阻44(r4)的阻值的选择需要注意应满足，经第一电阻41(r1)、第二电阻42(r2)和第三电阻43(r3)、第四电阻44(r4)的分压，高速光耦20的第三端13(u13)和第四端24(u14)之间的电路导通时，高速比较器30的反向端31的电压高于正向端32的电压。针对不同的电压转换情况，阻值的选择应做相应的调整。例如，在前述将电气控制元器件的dc24v高速信号转换为数据采集卡能够接收的dc3.3v的示例中，优选但不限于地，可以选择第一电阻41(r1)和第二电阻42(r2)阻值为10k，第三电阻43(r3)和第四电阻44(r4)阻值为1k，以实现上述电路的电压转换功能。在一些实施例中，第一信号输入端11(in0)的额定输入电压大于第二信号输入端12(mcu)的额定输入电压。

图2示出了根据本实用新型的电压信号转换电路的又一实施例的示意图。下面将参考图2说明本实用新型的进一步实施例。

在本实用新型的电压信号转换电路的一些实施例中，电路100进一步包括：发光二极管50，该发光二极管50正极连接至第二信号输入端12，发光二极管50负极连接至高速比较器30的输出端33。当第一信号输入端11(in0)有24v电压信号输入时，高速比较器30反向端31的电压高于正向端32的电压，此时高速比较器30的输出端33输出低电平，使得发光二极管50正极电压高于负极电压从而点亮该发光二极管50。反之，当第一信号输入端11(in0)没有电压信号输入时，高速比较器30的输出端33输出高电平，该发光二极管50不亮。利用该发光二极管50可以随时提供监控数据收发状态以及为检测维修电路提供方便。

在本实用新型的电压信号转换电路的一些实施例中，高速比较器30的高电平端34连接至第二信号输入端12，高速比较器30的低电平端35连接至安全地端13。一方面第二信号输入端12的电源为该高速比较器30供电，另一方面第二信号输入端12的电压和安全地端13为高速比较器30的输出端33提供了所输出的高低电平的标准。

在本实用新型的电压信号转换电路的一些实施例中，电路100进一步包括第一稳压管61，该第一稳压管61串联在第一信号输入端11与高速光耦20的第一端之间。该第一稳压管61的功能是防止第一信号输入端11的电压过大击穿电路。在一些实施例中，电路100进一步包括第二稳压管62，该第二稳压管62的第一端连接至安全地端13，第二稳压管62的第二端经第三电阻43连接至第二信号输入端12。同样的，该第二稳压管62的功能也是稳压、防止第二信号输入端11电压过大击穿电路。

在本实用新型的电压信号转换电路的一些实施例中，电路100进一步包括第一滤波电容71，该第一滤波电容71与第二电阻42并联。在一些实施例中，电路100进一步包括第二滤波电容72，该第二滤波电容72与第二稳压管62并联。在一些实施例中，电路100进一步包括第三滤波电容73和第四滤波电容74，该第三滤波电容73的第一端连接至高速比较器30的高电平端34，第三滤波电容73的第二端连接至安全地端13；该第四滤波电容74与第三滤波电容73并联。上述第一滤波电容71、第二滤波电容72、第三滤波电容73和第四滤波电容74分别在电路的不同位置执行滤波的功能。

另一方面，本实用新型还提出了一种电压信号转换板，其中该电压信号转换板包括前述任一项实施例的电压信号转换电路。

采用上述技术方案，本实用新型至少具有如下有益效果：高速光耦能很好的提高高速信号传输的抗干扰能力，高速比较器能快速的处理传输进来的高速信号，并且比较正向端和负向端的电压的高低输出相对应的电平信号，有效的解决了不同电压之间的高速信号传输的问题，成本低廉、结构简单，适于大规模推广使用。

应当理解的是，在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本实用新型范围内的另外实施例。此外，本文所述的特定示例和实施例是非限制性的，并且可以对以上所阐述的结构、步骤及顺序做出相应修改而不脱离本实用新型的保护范围。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。然而，尽管本实用新型实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本实用新型的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。