一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路

本技术属于信号电路设计，具体地说，涉及一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路。

背景技术：

1、在“聚变堆主机关键系统综合研究设施(craft)”项目中，性束注入器负离子源加速器最高运行电压达到直流-400kv，该负离子源的辅助电源系统和数据测量系统都需要放置于对地隔离电压达到直流400kv以上的高电位平台，平台上所有采样数据必须通过安全可靠的光电隔离方式传输到地面控制室中。

2、为此需要设计研制基于多模光纤的通信链路系统建立数据采样检测系统，其中由高速dac芯片与高速vf-fv转换模块组成的模拟信号光电隔离传输电路是该系统的核心组件，直接决定了检测系统运行时的采样与转换速率。光电耦合隔离电路以光为媒介实现电信号的传输，输入和输出之间没有直接的电气联系，因此具有很强的隔离作用，而且具有体积小，结构简单等特点，因此在大型工业检测系统中应用广泛。

3、光耦传输数字信号实现相对容易，一般只需考虑传输速率问题；但是在传输模拟信号时，受到光耦自身特点的限制，存在的普遍问题就是频率响应、线性度、信号输入范围、本底噪声这几方面的性能不能好的协调；在实际应用中，隔离模拟信号时，一般是先进行a/d或者v/f，将其变为数字信号，再进行数字量隔离，在信号接收端，进行d/a或者f/v恢复模拟信号。这无疑极大增加了设计的复杂性，提高了成本。

4、因此，针对上述技术问题，有必要设计一种运行在高电位平台上的模拟信号光电隔离传输电路，兼顾线性度、频率响应、输入范围与噪声等多方面性能，简化设计的同时降低生产制作的成本。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，包括v/f转换模块、光电隔离模块、静态工作点设置模块和f/v转换模块，其中：

3、所述v/f转换模块的输出端与所述光电隔离模块的输入端耦合；

4、所述光电隔离模块的输出端与所述f/v转换模块的输入端耦合；

5、所述f/v转换模块的输出端与所述静态工作点设置模块的输入端耦合。

6、优选地，所述v/f转换模块，用于进行输入电压到脉冲频率的转换。

7、进一步地，所述v/f转换模块内包括同步电压-频率转换模块，所述同步电压-频率转换模块为所述v/f转换模块内的核心元件，在100khz的输出频率下提供0.002％的典型非线性。

8、更进一步地，所述同步电压-频率转换模块内包括电压输入模块，电压输入模块由较小的可调电阻和较大的固定电阻串联组成，可以对输入阻值进行微调，满足同步电压-频率转换模块对输入电流的要求。

9、优选地，所述光电隔离模块内包括高性能光纤发射模块，所述高性能光纤发射模块为820纳米的微型链路系列元件，从反馈电阻上获取隔离之后的电压信号。

10、进一步地，所述光电隔离模块内还包括比例放大模块，所述比例放大模块由运算放大器构成，比例放大模块将各路的输入信号放大后再送至隔离级，提高输出电压的信噪比，减小光电耦合隔离级产生的噪声。

11、优选地，所述静态工作点设置模块包括运放集成运放模块、电位器模块和电阻模块构成电压跟随器组成，所述静态工作点设置模块使信号落在光耦的线性工作区内，所述静态工作点设置模块通过调节电位器模块，获得合适的静态工作点电压，得到合理的静态工作点驱动电流。

12、进一步地，所述集成运放模块采用soic封装。

13、优选地，所述f/v转换模块用于完成脉冲频率到输出电压的转换，输入信号频率先经过微分电路变成负脉冲，然后加至比较器的输入端，用下降沿来触发单稳态电路进入一个新的测量周期，转换后的直流电压大小与输入频率成正比。

14、进一步地，所述f/v转换模块中安装有变电阻模块，可变电阻模块可以进行满度校准和零度校准。

15、采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，通过采用差分思想，分两路隔离差分信号以克服温漂和共模噪声，增强了抗干扰能力，加大了传输距离；同时，运用负反馈获取隔离之后的信号，稳定光敏电流，拓宽光耦的频带，较好地解决了光源非线性失真问题，在传输中具有很高的噪声抑制比。电路结构简单，成本较低，对模拟信号的高速准确隔离有很强的推广价值。

16、下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：包括v/f转换模块、光电隔离模块、静态工作点设置模块和f/v转换模块，其中：

2.根据权利要求1所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述v/f转换模块，用于进行输入电压到脉冲频率的转换。

3.根据权利要求2所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述v/f转换模块内包括同步电压-频率转换模块，所述同步电压-频率转换模块为所述v/f转换模块内的核心元件，在100khz的输出频率下提供0.002％的典型非线性。

4.根据权利要求3所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述同步电压-频率转换模块内包括电压输入模块，电压输入模块由较小的可调电阻和较大的固定电阻串联组成，可以对输入阻值进行微调，满足同步电压-频率转换模块对输入电流的要求。

5.根据权利要求1所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述光电隔离模块内包括高性能光纤发射模块，所述高性能光纤发射模块为820纳米的微型链路系列元件，从反馈电阻上获取隔离之后的电压信号。

6.根据权利要求5所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述光电隔离模块内还包括比例放大模块，所述比例放大模块由运算放大器构成，比例放大模块将各路的输入信号放大后再送至隔离级，提高输出电压的信噪比，减小光电耦合隔离级产生的噪声。

7.根据权利要求1所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述静态工作点设置模块包括运放集成运放模块、电位器模块和电阻模块构成电压跟随器组成，所述静态工作点设置模块使信号落在光耦的线性工作区内，所述静态工作点设置模块通过调节电位器模块，获得合适的静态工作点电压，得到合理的静态工作点驱动电流。

8.根据权利要求7所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述集成运放模块采用soic封装。

9.根据权利要求1所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述f/v转换模块用于完成脉冲频率到输出电压的转换，输入信号频率先经过微分电路变成负脉冲，然后加至比较器的输入端，用下降沿来触发单稳态电路进入一个新的测量周期，转换后的直流电压大小与输入频率成正比。

10.根据权利要求9所述的一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，其特征在于：所述f/v转换模块中安装有变电阻模块，可变电阻模块可以进行满度校准和零度校准。

技术总结
本技术公开了一种高电位平台模拟信号光电隔离传输电路，涉及信号电路设计技术领域。本技术包括V/F转换模块、光电隔离模块、静态工作点设置模块和F/V转换模块，其中：所述V/F转换模块的输出端与所述光电隔离模块的输入端耦合；所述光电隔离模块的输出端与所述F/V转换模块的输入端耦合；所述F/V转换模块的输出端与所述静态工作点设置模块的输入端耦合，能采用差分思想，分两路隔离差分信号以克服温漂和共模噪声，增强了抗干扰能力，加大了传输距离；运用负反馈获取隔离之后的信号，稳定光敏电流，拓宽光耦的频带，较好地解决了光源非线性失真问题，在传输中具有很高的噪声抑制比。

技术研发人员：阚天赐,郭世懿,陈春晖,梁睿
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：20230307
技术公布日：2024/1/12