离散量接口电路的制作方法

本实用新型属于航空电子产品领域，涉及一种具有高可靠性、安全性与可测试性的离散量接口电路。
背景技术：
：随着航空电子产品硬件功能不断增加，导致产品复杂度不断提高，对产品的可靠性、安全性与可测试性提出了新的要求。离散量接口电路作为航空电子电路的基本组成部分，是外部信号与处理器之间的桥梁，将离散量输入信号转化为计算机可处理的数字信号。传统离散量接口电路一般采用光耦实现信号转换，但是光耦的电流传输比在不同器件不同温度条件下离散性很大，同时离散量信号高低电压都有一定的范围，所以传统离散量接口电路故障多，一旦故障发生隔离定位困难。因此设计一种高可靠性离散量接口电路满足航空电子产品新的需求非常必要。随着航空电子产品综合化程度的提高，尤其是分布式综合模块化航空电子系统(DIMA)架构的提出与实施，远程接口单元将实现大量离散量信号采集功能。因此支持多路离散量接口电路的集成芯片是满足机载产品小型化的必由之路。技术实现要素：本实用新型的发明目的在于提供一种离散量接口电路，该离散量接口电路具有高频滤波功能，防止离散量状态切换过程中产生的高频抖动；具有迟滞功能，设定输入电压高低阈值兼容离散量高低电压范围防止信号状态采集错误；具有BIT功能，实现快速故障隔离定位降低了维修时间及费用；具有BIT激励源输出硬件自锁控制和限流保护功能，防止BIT电路短路以及BIT结果误报。本实用新型能够实现大幅度提高机载产品的可靠性、安全性以及可测试性。本发明的发明目的通过以下技术方案实现：一种离散量接口电路，包含比较器处理电路，比较器处理电路构成为：比较器N1A的同相输入端经电阻R8连接到比较器N1A的输出端，经电容C3连接到地，经电阻R7连接到离散量输入线GND/OPEN1，经二极管V1分别连接到电源和地；比较器N1A的异相输入端经电阻R1连接到地，经电阻R2连接到电源；电容C2的一端连接到比较器N1A的电源，另一端连接到地；当离散量输入信号为地/开信号类型时，离散量输入信号经电阻R5、电阻R6连接到电源，当离散量输入信号为电源/开或电源/地信号类型时，离散量输入信号经电阻R5、电阻R6连接到地。进一步，离散量接口电路还包含光耦隔离电路，光耦隔离电路的构成为：光耦D1A的发光二极管阳极端与电阻R3的一端连接；光耦D1A的发光二极管阴极端连接到比较器N1A的输出端；光耦D1A的晶体端发射极端接数字地；光耦D1A的晶体端集电极端经电阻R4连接到数字电源，以及连接到数据输出线DISIN1；电阻R3的另一端连接到电源以及经电容C1连接到地。进一步，离散量接口电路还包含BIT激励电路，BIT激励电路的构成为：光MOS继电器D3A的发光二极管阳极端经电阻R16连接到光MOS继电器D3B的发光二极管阴极端；光MOS继电器D3A的发光二极管阴极端连接BIT激励控制输入线DISIN-BIT1；光MOS继电器D3A的MOS管一端经电阻R15连接到电源；光MOS继电器D3A的MOS管另一端连接到二极管V2的阳极端；光MOS继电器D3B的发光二极管阳极端经电阻R17连接到光MOS继电器D3A的发光二极管阴极端；光MOS继电器DB3的发光二极管阴极端连接BIT激励控制输入线DISIN-BIT2；光MOS继电器D3B的MOS管一端经电阻R18连接到地，光MOS继电器D3B的MOS管另一端连接二极管V2的阴极端；二极管V2的输出端连接到比较器N1A的同相输入端。附图说明图1为离散量接口电路的原理框图；图2为比较器处理电路和光耦隔离电路的电路结构图；图3为BIT激励电路的电路结构图；图4为迟滞特性及阈值公式；图5为由离散量接口电路集成的芯片的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。离散量接口电路功能是将外部离散量输入信号状态转化为处理器可处理的数字信号，包含离散量输入信号采集电路(比较器处理电路、光耦隔离电路)和BIT激励电路，原理框图见图1。离散量输入信号采集电路实现信号状态的可靠转换，BIT激励电路提供BIT激励源以验证离散量输入信号采集电路是否正常。正常工作模式下，BIT激励源禁止输出，离散量状态正常采集；BIT工作模式下，无论外部离散量输入是何种状态，离散量采集结果应与BIT激励源输出保持一致，否则BIT报故。离散量输入信号采集电路见图2(隔离方案，适用于共地方案)，支持地/开信号(如：28VGND/OPEN)、电源/地信号(如：+28V/28VGND)，电源/开信号(如：28V/OPEN，将R5、R6下拉即可)。如果离散量输入信号与处理器电源共地可省略光耦隔离电路(只需在比较器输出端上拉电阻到处理器IO口电源即可)。比较器处理电路构成为：比较器N1A的同相输入端经电阻R8连接到比较器N1A的输出端，经电容C3连接到地，经电阻R7连接到离散量输入线GND/OPEN1，经二极管V1分别连接到电源和地；比较器N1A的异相输入端经电阻R1连接到地，经电阻R2连接到电源；电容C2的一端连接到比较器N1A的电源，另一端连接到地；当离散量输入信号为地/开信号类型时，离散量输入信号经电阻R5、电阻R6连接到电源，当离散量输入信号为电源/开或电源/地信号类型时，离散量输入信号经电阻R5、电阻R6连接到地。光耦隔离电路的构成为：光耦D1A的发光二极管阳极端与电阻R3的一端连接；光耦D1A的发光二极管阴极端连接到比较器N1A的输出端；光耦D1A的晶体端发射极端接数字地；光耦D1A的晶体端集电极端经电阻R4连接到数字电源，以及连接到数据输出线DISIN1；电阻R3的另一端连接到电源以及经电容C1连接到地。如图3所示，BIT激励电路的构成为：光MOS继电器D3A的发光二极管阳极端经电阻R16连接到光MOS继电器D3B(或者光耦)的发光二极管阴极端；光MOS继电器D3A的发光二极管阴极端连接BIT激励控制输入线DISIN-BIT1；光MOS继电器D3A的MOS管一端(或者光耦晶体管的集电极端)经电阻R15连接到电源；光MOS继电器D3A的MOS管另一端(或者光耦晶体管的发射极端)连接到二极管V2的阳极端；光MOS继电器D3B(或者光耦)的发光二极管阳极端经电阻R17连接到光MOS继电器D3A的发光二极管阴极端；光MOS继电器DB3的发光二极管阴极端连接BIT激励控制输入线DISIN-BIT2；光MOS继电器D3B的MOS管一端经电阻R18连接到地，光MOS继电器D3B的MOS管(或者光耦晶体管的集电极端)另一端连接二极管V2的阴极端；二极管V2的输出端连接到比较器N1A的同相输入端。在正常工作模式下：当外部输入悬空或接电源时，离散量输入信号采集电路输出为高电平；当外部输入为地时，离散量输入信号采集电路输出为低电平。在BIT工作模式下：当BIT激励输出为VCC时，离散量输入信号采集电路输出为高电平，当BIT激励输出为GND时，离散量输入信号采集电路输出为低电平。其中，比较器处理电路具有高频滤波功能、迟滞功能、嵌位保护功能和BIT激励注入功能。高频滤波功能：电阻R7、电容C3构成一阶低通滤波器，通过改变电阻R7、电容C3参数值设定截止频率，滤除相应高频抖动。迟滞功能：比较器N1以及外围电阻电容构成迟滞电路，迟滞特性见图3所示。外部输入信号电压值在增大过程中，当电压增大到高阈值VH时采集信号由低电平变为高电平；外部输入信号电压值在减小过程中，当电压减小到低阈值VL时采集信号由高电平变为低电平。高低阈值满足图4所示公式。其中，Vce表示比较器N1漏极输出三极管集电极和发射极之间电压，VF表示光耦发光二极管压降。通过合理设置高低阈值消除离散量输入电压波动范围对采样结果的影响。嵌位保护功能：二极管V1具有嵌位保护功能，防止过压损坏。BIT激励注入功能：利用二极管V2的单向导电性实现BIT激励注入。光耦隔离电路具有隔离功能和信号状态转化功能：光耦D1A具有电气隔离功能以及将离散量电压信号转化为处理器可处理的数字信号。如果采用共地方案，光耦D1可不用(只需在比较器输出端上拉电阻到处理器IO口电源即可)。可靠性要求其他设计考虑：元器件降额设计，为降低功耗减小光耦输入电流的同时要满足光耦在全温度范围内处于饱和、截止工作状态。BIT激励电路主要由光MOS继电器及外围电阻组成，光MOS继电器可以提供较大供电电流满足多路离散量输入信号采集电路同时进行BIT的要求。激励源控制逻辑如表1所示。DIS-BIT1DIS-BIT2DIS-VCC-BITDIS-GND-BIT00高阻高阻01VCC高阻10高阻GND11高阻高阻表1由表1可知，BIT激励电路具有硬件互锁控制输出功能。在上电过程中以及软件正常控制状态(初始化控制信号为00或11，切换状态时先输出00或11延时后再输出正常控制状态)下，激励源DIS-VCC-BIT、DIS-GND-BIT不可能同时输出VCC、GND，避免了短路现象。即使软件误操作切换过程中由于继电器延时可能出现关断与开通交叉状态，通过电阻R15、电阻R18可达到双保险。因此离散量BIT激励电路通过加入硬件互锁、限流保护功能使电路更加安全、可靠。由离散量接口电路集成的芯片的示意图见图5(以32路为例)。该芯片由两路输入电源(离散量输入信号电源、处理器数字电源)，32路离散量输入信号、32路离散量输出信号以及两路控制输入BIT信号构成。通过匹配离散量输入外置电阻上拉或下拉实现地/开、电源/低信号或电源/开信号的采集。通过匹配离散量转换后数字信号上拉电阻和数字电源可以直接或经总线缓冲器连接到处理器。基于本技术32路(或16路)离散量输入信号采集电路与同一个激励源电路封装成一片集成芯片，可以减小占用电路板面积和重量，同时具有分立器件设计的相关特性，可以满足机载产品小型化、高可靠性的要求。本技术已通过电路仿真、产品功能调试、系统联试以及环境试验验证，电路工作稳定可靠，能够满足航空电子产品高可靠性、安全性与可测试性(BIT覆盖率100％)的新要求。基于32路离散量输入信号采集电路与同一个激励源电路组成的接口电路也经多次试验验证，产品工作稳定可靠，为封装集成芯片打下了坚实基础。在确保产品功能、高可靠性、安全性与可测试性的前提下，能够满足航空电子产品小型化的需求。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。当前第1页1 2 3