[发明专利]基于双光耦的高速双向通信隔离电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种光耦通信隔离电路，更具体地，本发明涉及一种基于双光耦的双向通信隔离电路。

背景技术

在现有的大多数工业控制通信系统中，为了增强系统的稳定性，一般要求在通信系统的主控制模块与外部功能模块之间进行通信隔离。为了节约IO资源并方便电路设计，在主控制模块与外部功能模块之间常采用SPI，I2C，CAN，单总线等串行通信模式。在以这些通信模式通信时，数据流是双向的，给通信隔离带来了不便。目前很多电路采用磁隔离方法解决上述双向数据通信的隔离问题，然而，由于磁隔离无法识别通信中的静态电平，如空闲状态或者通信线长时间处于0或者1电平状态，为此需要设计额外电路辅助识别。这就加大了电路设计的复杂性，同时也增大了电路的功耗。另外，目前采用的磁隔离芯片成本也较高。

为了克服磁隔离通信系统中存在的上述问题，出现了利用二极管单向导电特性实现通信隔离的双向通信隔离电路，如图1所示。该隔离电路虽然实现简单，但是由于二极管正向导通压降问题，使系统的低电平偏高，电路稳定性差，对通信光耦的要求也比较苛刻，使用普通光耦不能满足高速数据通信的要求。同时，由于光耦的工作电流较大，从而使电路对负载的灌电流能力要求偏高，也一定程度上影响电路的稳定性能。

申请号为200910105581.4，发明名称为“单线双向通信光隔离电路”的中国专利申请公开了一种基于三极管的双向通信光耦合隔离电路。在该电路中，分别包括四个三极管的第一和第二输入输出自动转换模块分别和光耦合隔离模块电连接，以及较低的成本实现了具有较高可靠性的单个I/O口的双向通信及光耦隔离。但是，在该隔离电路中，当通信线路处于空闲或者低电平状态时，两个光耦将同时导通出现互锁状态，使静态功耗大大增加。当隔离电路传输高电平时，必须通过MCU或设备的通信端口将电平强制拉高。因此，在这种隔离电路中，MCU或设备的通信端口必须具有较高的电流驱动能力。此外，强制高电平的输出形式不符合大部分的物理层通信规范，容易造成出现设备端的电源环流，在直接应用于标准串行总线通信设备时，必然出现通信故障。该隔离电路的通信低电平受限于Q8或Q4的基极-发射极结导通电压，通常在0.6V甚至更高，这就使电路的抗干扰能力较低，适用范围窄。

因此，需要一种低成本、低功耗，通信效率高，符合标准串行总线通信规范，适合于串行总线结构的隔离电路。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双向通信隔离电路，该电路包括：

第一输入输出端，

第二输入输出端，

与第一输入输出端连接的第一输入输出转换单元，包括第一、第二、第三和第四晶体管；

与第二输入输出端连接的第二输入输出转换单元，包括第五、第六、第七和第八晶体管；以及

连接在第一和第二输入输出转换单元之间的光耦隔离单元，该光耦隔离单元包括双光耦，

其特征在于，

所述第一输入输出转换单元和第二输入输出转换单元具有对等的结构。

优选地，所述第一输入输出转换单元中，第二晶体管的发射极，第三晶体管的发射极，以及第四晶体管的基极分别与第一输入输出端耦合；

第一晶体管的基极和第三晶体管的基极分别与第一光耦光敏管的发射极耦合；

第三晶体管的集电极和第四晶体管的发射极分别与第二光耦发光二极管的阳极和阴极耦合；

第二晶体管的基极与第一晶体管的集电极耦合；

第一光耦光敏管的集电极，第一晶体管的集电极，第二晶体管的集电极，第四晶体管的集电极以及第二晶体管的基极接地；并且

所述第二输入输出转换单元中，

第八晶体管的发射极，第五晶体管的发射极，以及第六晶体管的基极分别与第二输入输出端耦合；

第七晶体管的基极和第五晶体管的基极分别与第二光耦光敏管的发射极耦合；

第五晶体管的集电极和第六晶体管的发射极分别与第一光耦发光二极管的阳极和阴极耦合；

第八晶体管的基极与第七晶体管的集电极耦合；

第二光耦光敏管的集电极，第七晶体管的集电极，第八晶体管的集电极，第六晶体管的集电极以及第八晶体管的基极接地。

优选地，所述第一、第四、第六和第七晶体管是PNP型三极管，所述第二、第三、第五和第八晶体管是NPN型三极管。