新型高速通信电路及其制成的计量仪表论文和设计-曹彦双

全文摘要

本实用新型公开了一种新型高速通信电路，包括输入限流电阻、隔离光耦、输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；隔离光耦的原边正极通过串接的输入限流电阻连接电源信号，隔离光耦的原边负极连接输入通信信号；隔离光耦的输出端依次串接输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；输出保护模块对隔离光耦和隔离光耦的输出信号进行保护；输出信号加速模块对通信信号进行信号加速；整形信号翻转模块对通信信号进行信号整形和翻转后输出最终的隔离输出通信信号。本实用新型还提供了包括所述新型高速通信电路的计量仪表。本实用新型成本低廉，通信快速而且电路稳定可靠。

主设计要求

1.一种新型高速通信电路，其特征在于包括输入限流电阻和隔离光耦，还包括输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；隔离光耦的原边正极通过串接的输入限流电阻连接电源信号，隔离光耦的原边负极连接输入通信信号；隔离光耦的输出端依次串接输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；输出保护模块用于对隔离光耦和隔离光耦的输出信号进行保护；输出信号加速模块用于对隔离光耦输出的通信信号进行信号加速；整形信号翻转模块用于对加速后通信信号进行信号整形和翻转后，输出最终的隔离输出通信信号。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新型高速通信电路，其特征在于所述的输出保护模块为限流电阻；隔离光耦的输出端集电极连接电源信号，隔离光耦的输出端发射极通过限流电阻接地，同时隔离光耦的输出端发射极连接输出信号加速模块。

3.根据权利要求1或2所述的新型高速通信电路，其特征在于所述的整形信号翻转模块包括三极管和三极管上拉电阻；三极管的基级作为整形信号翻转模块的输入端连接输出信号加速模块，三极管的发射极直接连接地信号，三极管的集电极通过串接的上拉电阻连接电源信号，同时三极管的集电极也作为整形信号翻转模块的输出端输出最终的隔离输出通信信号。

4.根据权利要求3所述的新型高速通信电路，其特征在于所述的输出信号加速模块包括并联的加速电阻和加速电容；加速电阻和加速电容并联，同时加速电阻的一端作为输入端连接输出保护模块，加速电阻的另一端作为输出端连接整形信号翻转模块；加速电阻用于限制流过输出信号加速模块的电流，加速电容用于加速信号的传输。

5.根据权利要求4所述的新型高速通信电路，其特征在于所述的加速电容用于加速信号的传输，具体为加速电容用于加速三极管的导通和截止，从而加快信号的传输过程。

6.根据权利要求4所述的新型高速通信电路，其特征在于在隔离光耦的传输比的允许范围内，加速电阻的阻值越小，三极管的关断延时越小，通信信号的传输越快。

7.一种计量仪表，其特征在于包括了权利要求1～6之一所述的新型高速通信电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型高速通信电路及其制成的计量仪表。

背景技术

随着经济技术的发展，通信电路在电子设备中的使用越来越频繁，也在电子设备中发挥了举足轻重的作用。而随着现今电子设备的发展和技术的飞跃，电子设备对于高速通信电路的需求越来越旺盛。

通信电路是电子设备中常用的用于进行设备与设备、模块与模块、芯片与芯片或者设备、模块、芯片之间进行数据交互的电路。目前常用的通信电路包括RS485通信电路，RS232通信电路等。

RS485等通信电路，在用于电能表等计量仪表中时，往往需要对通信双方进行电气隔离，从而保证通信双方的电气信号相对独立，不会互相干扰等。目前，对于通信电路的隔离，常用的隔离方案为光耦隔离，即通过在通信电路上增加隔离光耦的方式，实现对通信双方的电气隔离。

通信电路的通信速率有多种，比如9600bps，19200bps，57600bps等等。但是由于隔离光耦的存在，隔离光耦的响应速度相对较慢，因此使得大部分隔离通信电路的通信速率被限制为9600bps。同时，如果要提高隔离通信电路的通信速率，则需要更换高速光耦。但是高速光耦的使用，会极大的提高通信电路的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种成本低廉且通信快速的新型高速通信电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种计量仪表，所述计量仪表包括了所述的新型高速通信电路。

本实用新型提供的这种新型高速通信电路，包括输入限流电阻和隔离光耦，还包括输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；隔离光耦的原边正极通过串接的输入限流电阻连接电源信号，隔离光耦的原边负极连接输入通信信号；隔离光耦的输出端依次串接输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；输出保护模块用于对隔离光耦和隔离光耦的输出信号进行保护；输出信号加速模块用于对隔离光耦输出的通信信号进行信号加速；整形信号翻转模块用于对加速后通信信号进行信号整形和翻转后，输出最终的隔离输出通信信号。

所述的输出保护模块为限流电阻；隔离光耦的输出端集电极连接电源信号，隔离光耦的输出端发射极通过限流电阻接地，同时隔离光耦的输出端发射极连接输出信号加速模块。

所述的整形信号翻转模块包括三极管和三极管上拉电阻；三极管的基级作为整形信号翻转模块的输入端连接输出信号加速模块，三极管的发射极直接连接地信号，三极管的集电极通过串接的上拉电阻连接电源信号，同时三极管的集电极也作为整形信号翻转模块的输出端输出最终的隔离输出通信信号。

所述的输出信号加速模块包括并联的加速电阻和加速电容；加速电阻和加速电容并联，同时加速电阻的一端作为输入端连接输出保护模块，加速电阻的另一端作为输出端连接整形信号翻转模块；加速电阻用于限制流过输出信号加速模块的电流，加速电容用于加速信号的传输。

所述的加速电容用于加速信号的传输，具体为加速电容用于加速三极管的导通和截止，从而加快信号的传输过程。

在隔离光耦的传输比的允许范围内，加速电阻的阻值越小，三极管的关断延时越小，通信信号的传输越快。

本实用新型还提供了一种计量仪表，该计量仪表包括了所述的新型高速通信电路。

本实用新型提供的这种新型高速通信电路及其计量仪表，通过输出信号加速模块的加速作用，实现了隔离通信电路的快速通信，而且增加的信号加速模块的成本低廉，因此本实用新型成本低廉，通信快速而且电路稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种新型高速通信电路，包括输入限流电阻和隔离光耦，还包括输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；隔离光耦的原边正极通过串接的输入限流电阻连接电源信号，隔离光耦的原边负极连接输入通信信号；隔离光耦的输出端依次串接输出保护模块、输出信号加速模块和整形信号翻转模块；输出保护模块用于对隔离光耦和隔离光耦的输出信号进行保护；输出信号加速模块用于对隔离光耦输出的通信信号进行信号加速；整形信号翻转模块用于对加速后通信信号进行信号整形和翻转后，输出最终的隔离输出通信信号。

如图2所示为本实用新型的实施例的电路原理示意图：在图中，隔离光耦的型号为LTV816S，输入限流电阻为R1(阻值为1.5kΩ)，输入通信信号为IN_TXD。

输出保护模块为限流电阻R2(270Ω)；隔离光耦的输出端集电极连接电源信号V_303，隔离光耦的输出端发射极通过限流电阻接地(GND0)，同时隔离光耦的输出端发射极连接输出信号加速模块。

整形信号翻转模块包括三极管Q1和三极管上拉电阻R4；三极管的基级作为整形信号翻转模块的输入端连接输出信号加速模块，三极管的发射极直接连接地信号，三极管的集电极通过串接的上拉电阻连接电源信号，同时三极管的集电极也作为整形信号翻转模块的输出端输出最终的隔离输出通信信号；三极管Q1的型号为LBC817，电阻R4的阻值为5.1kΩ。

输出信号加速模块包括并联的加速电阻R3(阻值为10kΩ)和加速电容C1(容值为0.01uF)；加速电阻和加速电容并联，同时加速电阻的一端作为输入端连接输出保护模块，加速电阻的另一端作为输出端连接整形信号翻转模块；加速电阻用于限制流过输出信号加速模块的电流，加速电容用于加速信号的传输。

如图2所示的电路的工作原理如下：当输入信号IN_TXD为低电平时，隔离光耦原边导通，此时隔离光耦的副边也导通，此时电源信号通过电阻R3连接Q1的基级，此时Q1导通，将输出信号OUT_TXD拉低至低电平；在该种状态下，输入信号为低电平时，输出信号也为低电平；

当输入信号IN_TXD为高电平时，隔离光耦原边截止，此时隔离光耦的副边也截止，此时电源信号无法接入电路，三极管Q1截止，输出信号OUT_TXD被上拉电阻R4拉高至高电平；在该种状态下，输入信号为高电平时，输出信号也为高电平。

因此，图2所示的电路可以实现通信信号的传输。

此外，当输入信号IN_TXD从高电平变成低电平时，光耦内部的光敏三极管由截止状态进入饱和状态存在一定的时间，此时，电容C1迅速充电，电流从左向右，电容右端的电压比左端低，从而加快了三极管的导通时间；当发送信号IN_TXD从低电平变成高电平时，光耦内部的光敏三极管由饱和状态进入截止状态存在一定的时间，此时，电容C1迅速放电，电流从右向左，电容右端电压较左端低，从而加快了三极管Q1的截止时间。因此，加速电容C1的存在，使通信信号的上升沿与下降沿更陡峭，从而实现信号的快速传递和通信。

同时，在光耦传输比允许范围内，尽可能减小R2阻值能够减小三极管关断延时，能够进一步提高可传输的工作频率。

此外，通过具体实验，图2所示的电路的性能指标如下：

表1电路重要性能指标

此外，通过实验和理论分析，图2所示的电路的极限性能指标如下：

表2电路极限性能指标

从上述表格可以看到，本实用新型提供的这种电路，其通信速率可以达到57600bps，极大的提高了现有的隔离通信电路的通信速率，而且所增加的电路器件相对简单，使得成本较为低廉，而且电路可靠。

本申请提供的这种新型高速通信电路，可用于其他任何需要进行高速通信的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

设计图

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