一种应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路的制作方法

本实用新型涉及信号转换电路设计，具体涉及一种可应用于装卸料机模拟仿真系统的单端-差分信号相互转换电路。

背景技术：

装卸料机在停堆换料结束后，其控制台将被拆下并移出反应堆厂房。当控制台运至反应堆厂房外专用房间后，可通过预制电缆与模拟机快速互联，在没有装卸料机其它相关部件和设备的前提下，实现在控制台上的仿真模拟操作。

仿真信号中包括发出单端(TTL)信号与接收差分信号的情况，和发出差分信号与接收单端(TTL)信号的情况。由于工业自动化控制器的单端(TTL)接收器可识别差分信号，但差分信号接收器不能识别单端(TTL)信号。所以必须进行信号转换，并遵循串行数据接口标准RS-422。

中国专利申请201420433271.1公开了一种基于PXI结构的单端差分板卡，包括输入输出模块、信号处理单元与单端差分转换单元；输入输出模块分别与信号处理单元、单端差分转换单元相连，信号处理单元与单端差分转换单元相连；单端差分转换单元用于将TTL单端信号转换为422差分信号，或者将422差分信号转换为TTL单端信号。

现有的单端差分转换电路产品不能满足在高温环境下供电的稳定性和可靠性，不能够适应恶劣的工业环境。有的信号的延迟时间比较长，实时性差。电磁兼容性不佳，不适合用于工业领域。因此需要发明一种满足需求的具有更高可靠性和稳定性的单端(TTL)和差分信号的转换电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，确保信号转换的稳定性和可靠性。

本实用新型的技术方案如下：一种应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，包括供电模块、单端-差分信号转换模块和接口模块，其中，所述的单端-差分信号转换模块包括多组并联的数据信号转换通道，每组通道都能够独立完成一个编码器的时钟和数据信号的转换；所述的接口模块与单端-差分信号转换模块的每组通道分别连接，接口模块包括与仿真系统I/O模块对接的标准接口，以及外部接线的插接件；所述的供电模块采用开关型DC-DC转换芯片，并分别为单端-差分信号转换模块的每组通道供电。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，在所述单端-差分信号转换模块的数据发送接口串行上设有LED指示灯，使用N-MOS管通过信号电压的变化来驱动LED指示灯进行信号的指示。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，所述单端-差分信号转换模块采用具备收发全双工接口的MAX490E芯片。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，所述接口模块与仿真系统I/O模块对接部分使用D-SUB 25的标准接口，外部接线使用MC 1.5/18-GF-3.5插接件。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，在供电模块的电源接口部分设有电源防反接电路。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，所述供电模块将电源电压由24VDC转换为工作需要的5VDC，转换后的5VDC与每组数据信号转换通道都是并联的。

进一步，如上所述的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路，其中，整个转换电路集成在一块PCB板上，并设有铝制型材外壳。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型所提供的单端-差分信号相互转换电路保证了在高温环境下供电的稳定性和可靠性，能够适应恶劣的工业环境，减少了信号传输的延迟时间。通过信号电压的变化来驱动发光二极管可以进行信号的指示，同时还保证了信号的不失真，即全亮变为半亮时意味着信号在发送。电源防反接电路的设置保证了在极性接反的情况下不会损坏转换电路。整个转换电路使用铝制型材外壳，具备良好的电磁兼容性，转换电路与仿真系统I/O模块直接通过“D”型连接器对接，消除了外部电磁干扰通过线缆耦合的途径。

附图说明

图1为应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路原理框图；

图2为应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路的信号转换流程图；

图3为应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路的具体实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型所提供的应用于仿真系统的单端-差分信号相互转换电路主要分为三个部分，包括供电模块、单端-差分信号转换模块和接口模块，其基本结构如图1所示。单端-差分信号转换模块包括多组并联的数据信号转换通道，每组通道都能够独立完成一个编码器的时钟和数据信号的转换；接口模块与单端-差分信号转换模块的每组通道分别连接，接口模块包括与仿真系统I/O模块对接的D型标准接口，以及外部接线的插接件；供电模块可以将电源电压由24VDC转换为工作需要的5VDC，转换后的5VDC与每组数据信号转换通道的5VDC都是并联的，转换电路的每组通道互不影响。

本实用新型供电模块电源部分设计为直流24V到5V的转换，压降大，使用普通线性DC-DC转换芯片效率低(≤70％)，导致较高的温升，散热不好时，容易烧毁芯片。所以本实用新型选择了开关型DC-DC转换芯片，效率高(≥90％)，温升很低，可以忽略，保证在高温环境下的供电的稳定性和可靠性。

单端-差分信号转换模块为本实用新型的核心部分，负责差分信号与单端信号之间的转换。芯片差分接口具备±15kV抗ESD(静电放电)能力，能够适应恶劣的工业环境，可以省去光耦隔离，从而减少延迟时间。该芯片具备收发全双工接口，2.5MHz速率，完全能够满足工业自动化控制平台实时信号的转换收发。

为了能够同时指示信号的发送，在数据发送接口串行上设计了LED指示灯，考虑到仿真系统I/O端口驱动能力有限，只有2mA，使用N-MOS管通过信号电压的变化来驱动发光二极管进行信号的指示，同时还保证了信号的不失真，即全亮变为半亮时意味着信号在发送。

接口模块中与仿真系统I/O模块部分使用D-SUB 25的标准接口，直接将信号转换模块与仿真系统I/O模块对接，保证TTL信号传输距离最短和可靠的屏蔽。

外部接线使用了接插件MC 1.5/18-GF-3.5，将其焊接在电路板上，直接将外部进线电缆接入端子。

除了以上在电路设计上的考虑外，为了增加转换电路模块的可靠性，在电源接口部分还设计了电源防反接电路，保证在极性接反的情况下不会损坏转换电路模块。

本实用新型的信号转换流程如图2所示，转换电路包含多个数据信号转换通道，供电模块进行电源电压转换后分别为每个通道单独供电，每个通道的芯片可独立完成一个编码器的时钟和数据信号的转换，包括将TTL单端信号转换为422差分信号，或者将422差分信号转换为TTL单端信号，信号通过接口模块输入输出。

实施例

本实施例所提供的一个具体的单端-差分信号相互转换电路如图3所示，整个转换电路都集成在一块PCB板上，最左侧为25针D型接口，与仿真系统的I/O模块相连。中间为转换电路的4组数据信号转换通道，每组通道都可独立完成一个编码器的时钟和数据信号的转换。最右侧为外部接线的接插件，可以直接将外部设备信号的接线接入端子。最下方为电源转换电路，可以将电源电压由24VDC转换为工作需要的5VDC，转换后的5VDC与每组数据信号转换通道的5VDC都是并联的，转换电路的每组通道互不影响。

在本实施例中，转换电路模块的电源采用LM2672-5开关型转换芯片，效率大于90％；转换核心单端-差分信号转换模块采用MAX490E芯片，±15kV抗ESD能力，2.5MHz速率；接口模块使用25针D型接口；供电模块的电源接口部分设计有电源防反接电路；整个转换电路的各部分都集成在一块PCB板上，并设有铝制型材外壳。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。