一种数字信号的冷备份接口电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字信号的冷备份接口电路，用于各种电平标准的单端数字信号接口处的冷备份方式的处理。
【背景技术】
[0002]在可靠性要求很高的电子系统，如航天相机的视频电子系统中，采用主备份电路的处理方式有着重要作用，尤其是冷备份电路的处理方式，可以大大降低整个系统的功耗。这种主备份处理方式的需求在航天领域的电子系统中尤为常见。在航天领域的电子系统中，通常难以在轨进行硬件替换、更新或维护，通过主备份的方式，可以做某一环节出现故障时，将电路切换到备份工作，系统仍能够保持正常运行。从而大大提高系统的可靠性，降低在轨运行的风险。目前，现有的主备份电路的处理方式的实现方法有以下几种:
[0003]第一种方法如图1所示，是通过电阻直接将主备份电路连接在一起，使信号主备份接收端同时能够接收到驱动端的数字信号。当采用冷备份方式时，不加电的电路仍能接收到数字信号，且由于受集成芯片信号输入端的箝位二极管影响而使输入信号发生波形畸变，一定程度上也会影响加电电路的正常工作。此外，对接收端的集成芯片也会产生一定程度的损伤，且对后续电路产生串电现象。
[0004]第二种方法是采用热备份方式，其在硬件电路连接上与前者一致，主备份同时加电，从而完成数字信号接口的热备份。这种热备份方式的缺点是会使功耗大大增加，通常是接收电路功耗的2倍。
[0005]第三种方法如图2所示，是通过隔离芯片来控制主备份信号的输出。当主份加电工作而备份不工作时，控制主份发送端的输出使能而备份发送端不使能(输出高阻态)，从而将备份彻底隔离开，反之亦然。这种方法虽然可以很好的实现所需功能，但需要额外的隔离芯片，且还需要两个额外的控制信号来进行配合接收端电路的主备切换，电路设计复杂。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单、功耗低的冷备份数字信号接口，能够实现断电情况下的信号隔离，避免了不工作的接收芯片受损伤，且解决了串电问题。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种数字信号的冷备份接口电路，包括驱动单元、主接收单元和备接收单元，输入的数字信号经驱动单元分成两路驱动信号分别传给主接收单元和备接收单元，主接收单元和备接收单元的电路完全相同；在工作时，主接收单元和备接收单元只有一个单元加电；加电的接收单元根据驱动信号的逻辑电平输出相对应的数字电平信号；不加电的接收单元不输出数字电平信号；其特征在于:
[0009]每个接收单元由电源电压VCC、隔离二极管D1、补偿二极管D2、电阻R2、电阻R3、电源地GND和接收芯片组成，电源电压VCC通过电阻R2分别与隔离二极管Dl的阳极、补偿二极管D2的阳极相连，隔离二极管Dl的阴极与驱动单元相连，补偿二极管D2的阴极分别与接收芯片的输入端，电阻R3的一端相连，接收芯片对接收的信号进行电平转换和缓冲，接收芯片的输出端作为接收单元的输出端；电阻R3的另一端接地。
[0010]驱动单元由驱动芯片和阻抗匹配电阻Rl组成，驱动芯片的输入端与输入的数字信号相连，驱动芯片的输出端与阻抗匹配电阻Rl的一端相连，阻抗匹配电阻Rl的另一端作为驱动单元的输出端。
[0011 ] R3> (Vthh/ (VCC-Vd-Vthh) ) *R2，R2> ( (VCC-Vd-Vthl) /Vthl) *R1，Vd为隔离二极管 Dl 的正向压降，Vthh为接收芯片的高电平阈值，V m为接收芯片的低电平阈值。
[0012]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0013]本发明的主备接收单元均由电源电压VCC、隔离二极管D1、补偿二极管D2，电阻R2、电阻R3、电源地GND和接收芯片组成，Dl的作用在于阻断驱动端到接收端的信号通路，D2起到补偿Dl前向导通压降的作用，使接收芯片的输入端低电平进一步降低；电阻R2经VCC为接收芯片输入提供具有安全余量的高低电平，电阻R3经接收芯片输入端到地，为逻辑高电平时经D2的电流提供通路；从而可以保证在加电部分接收单元正常工作的情况下，阻断不加电接收单元的信号传输，不使接收芯片受损且使整体电路功耗降至最低。本发明利用分立的二极管等元件实现断电情况下的信号隔离，避免了接收芯片受损伤，且解决了串电问题。本发明电路简单，使用器件少，使电路得到大大简化，且能够大幅降低功耗。本发明可以通过调整电阻参数，满足所有单端数字信号的冷备份要求，具有很好的通用性和实用性。
【附图说明】
[0014]图1为现有的主备份直连的电路原理图；
[0015]图2为现有的采用隔离芯片进行主备份电路的原理图；
[0016]图3为本发明的冷备份接口电路的原理图。
【具体实施方式】
[0017]如图3所示，本发明的数字信号的冷备份接口电路，包括驱动单元、主接收单元和备接收单元，输入的数字信号经驱动单元分成两路驱动信号分别传给主接收单元和备接收单元，主接收单元和备接收单元的电路完全相同；
[0018]每个接收单元由电源电压VCC、隔离二极管D1、补偿二极管D2，电阻R2、电阻R3、电源地GND和接收芯片组成，电源电压VCC通过电阻R2分别与隔离二极管Dl的阳极、补偿二极管D2的阳极相连，隔离二极管Dl的阴极与驱动单元相连，补偿二极管D2的阴极分别与接收芯片的输入端，电阻R3的一端相连，接收芯片对接收的信号进行电平转换和缓冲，接收芯片的输出端作为接收单元的输出端；电阻R3的另一端接地。
[0019]在工作时，主接收单元和备接收单元只有一个单元加电；加电的接收单元根据驱动信号的逻辑电平输出相对应的数字电平信号；不加电的接收单元其接收到数字信号后将数字信号阻断在接收芯片之前，从而避免信号向备份电路串电，且可以保护接收的集成电路不受损坏，实现数字信号接口的安全冷备份。
[0020]可以打开和切断电源电压VCC使得相应的接收单元加电或断电。
[0021]下面详细介绍一下，本发明的工作过程如下:
[0022]当主接收单元加电正常工作而备接收单元不加电时:
[0023]a)在输入信号和驱动芯片输出信号为高电平或高阻态的条件下
[0024]1.对主接收单元来说，隔离二极管Dl截止，电流从电源电压VCC经电阻R2、补偿二极管D2、电阻R3回流到电源地GND。此时，主接收芯片输入端的电平为:
[0025]Vn4= (VCC-V D) *R3/(R2+R3)
[0026]此时，应使VN4的电平大于接收端的高电平阈值VTHH，即
[0027](VCC-Vd) *R3/ (R2+R3) >VTHH (I)
[0028]主接收芯片输出的主输出信号为高电平，与输入信号的电平保持一致，从而将输入的高低电平状态传输到输出端。
[0029]i1.对于备接收单元来说，此时由于不加电，备接收单元的VCC的电位与GND相同，节点N5处于O电平，且由于下拉电阻R5使得备接收芯片的输入端N6也处于O电平。此时，备接收单元的二极管Dl和D2均处于截止状态，N6处将与驱动信号隔离不会有电压信号，不会对备接收端芯片造成损伤或串电。此时，输入端的电平状态不会传递到输出端，从而阻断备份信号的传输。
[0030]b)在输入信号和驱动芯片输出信号为低电平(通常为0V)的条件下
[0031]1.对主接收单元来说，节点N3处于高电平而使得二极管D1、D2均导通，由于电阻R3远大于R1，使得N3的电平主要