[发明专利]将具有高电压摆动的数字信号转换为具有低电压摆动的数字信号的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将具有第一电压摆动的第一数字信号(以下简称为数 字高压信号)转换为具有相对该第一电压摆动来说更小的第二电压摆动的 第二数字信号(以下简称为数字低压信号)的装置。高压信号和低压信号 的概念在该上下文中仅表示在两个信号之间的相对电压关系，而不是关于 绝对的电压范围；绝对电压范围对本发明不重要：因此两个信号例如可以 分别在0到5V之间的电压范围或者也可以在数百伏特的电压范围。例如高 压信号可以具有在0和10-300V之间的电压摆动，而低压信号处于0和5V 之间的范围。在此，电压摆动的概念是指在各信号的最大电压值和最小电 压值之间的差值。

背景技术

例如，可以通过具有至少两个串联电阻的电阻分压器构造成用于将数 字高压信号转换为数字低压信号的装置。如果在串联电路上外加数字高压 信号，则可以在每个串联的电阻上量取比在输入侧施加的数字高压信号具 有更小的电压摆动的数字的电压信号。但是这样的装置有以下缺陷，即产 生相对高的电损耗，因为在单个电阻的串联电路上始终施加有数字高压信 号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种将数字高压信号转换为数字低 压信号的装置，其中产生尽可能小的电损耗。此外，应该以相对更简单的 方式同时实现在数字高压信号和数字低压信号之间的电隔离。

根据本发明，上述技术问题是通过一种具有阈值检测装置的装置来解 决的，该阈值检测装置将输入侧施加的、与数字高压信号对应的或者利用 数字高压信号形成的输入信号与阈值进行比较，并且当输入信号超过阈值 时，产生由接通脉冲和关断脉冲组成的脉冲序列。接通脉冲具有预先给定 的接通持续时间和预先给定的接通振幅，并且关断脉冲具有预先给定的关 断持续时间和预先给定的关断振幅。在此关断振幅小于接通振幅。此外， 根据本发明的装置具有电隔离装置，该电隔离装置与阈值检测装置的输出 端相连，并且将阈值检测装置的脉冲序列在电位分离的条件下传递到电隔 离装置的信号输出端。此外，根据本发明设置了与电隔离装置相连的信号 恢复装置，该信号恢复装置利用电隔离装置的信号输出端上所施加的脉冲 序列产生数字低压信号。

根据本发明的装置的重要的优点在于，在该装置中仅出现相对小的电 损耗。换言之，如果数字高压信号具有二进制的逻辑“1”，则在根据本发明 的装置中产生脉冲序列；这使得电隔离装置以及信号恢复装置在逻辑“1” 期间可以不是永久地、而只是当该脉冲序列产生接通脉冲时才被电活动地 运行。在关断脉冲期间可以断开电隔离装置，由此降低总装置的能量消耗。 在此，通过接通脉冲的接通持续时间相对于关断脉冲的关断持续时间的关 系来确定装置的能量消耗。

本发明装置的另一个重要的优点在于，通过电隔离装置实现在数字高 压信号和数字低压信号之间的电气去耦合；在此通过电隔离装置使得电损 耗很小，因为，如解释的那样，电隔离装置存在于用于产生具有接通脉冲 和关断脉冲的脉冲序列的阈值检测装置与信号恢复装置之间，并且由此仅 在接通脉冲出现期间运行。

为了对阈值检测装置供电，优选地考虑数字高压信号；为此，优选地 将电压调节器与阈值检测装置相连，在该电压调节器输入侧施加数字高压 信号，并且该电压调节器用该数字高压信号为阈值检测装置形成供电电压。

特别优选地，电压调节器是降压调节器，该降压调节器保证，对阈值 检测装置的供电电压比电压调节器输入端的数字高压信号具有小的电压摆 动。以优选方式用电压调节器这样调节对阈值检测装置的供电电压，使其 具有尽可能最小的总的电损耗功率。

为了达到使阈值检测装置、电隔离装置和连接在后的信号恢复装置产 生尽可能小的总的损耗功率，如果关断脉冲的关断振幅尽可能小并且理想 情况下为0V，则视为优选的。

特别优选地这样构成信号恢复装置，即，该信号恢复装置用在电隔离 装置的信号输出端上施加的脉冲序列这样产生数字低压信号，使该低压信 号具有与数字高压信号的信号变化(不计时间上可能的偏移)成比例的信 号变化。特别优选地，在数字低压信号中包含的二进制信息与数字高压信 号的二进制信息相对应。

信号恢复装置例如可以用积分元件、如通过相应的运算放大电路构成， 或者包括这样的积分元件。作为替换或附加地，信号恢复装置也可以具有 微处理器电路，用该微处理器电路从阈值检测装置的脉冲序列中形成在信 号变化方面与数字高压信号对应的低压信号。