[发明专利]一种模拟信号光电隔离放大器

说明书

技术领域

本发明属于模拟信号隔离电路技术领域，更具体地，涉及一种模拟信号光电隔离放大器。

背景技术

模拟信号隔离电路主要用于从强电的环境中获取信号，被广泛的应用于过程控制、生物学相关仪器、数据采集系统、计算机测量控制系统等领域；在计算机测量控制系统中，将外界的信号与计算机本身隔离，在一定的程度上保证计算机的安全以及一定程度提高程序运行可靠性；通过切断地回路，防止可能产生的地环流对信号的影响；应用于医学仪器，保证人身安全；在采集系统中，可以保护采集卡等采集仪器设备。

现有的隔离电路主要有光耦隔离、变压器耦合隔离和电容耦合隔离三种；变压器耦合隔离使用变压器线圈来传输信号以及能量，无需单独供电，但是容易受到外部电磁信号干扰，并且体积较大。电容耦合隔离使用不断变化的电场来传输信号，需要噪声与信号共用一条通路，要求信号频率远高于干扰信号频率；光耦隔离通过发光器件和光敏器件以光为媒介传输信号，具有单向传输信号、抗干扰能力强、使用寿命长无触点等优点，适合应用于电磁环境比较复杂的条件下。

大型实验装置往往存在复杂的子系统，各子系统接地情况复杂，每个子系统都可能存在复杂的模拟信号，对应的信号采集率也各不相同，对于采集率较高的子系统，一款隔离放大器是非常必要的；在系统中额外加入的一个单元，对系统的影响应尽量小，所以加入的隔离放大器不仅需要带宽较大，而且线性度要好，并且需要适用于各种复杂的模拟信号及直流信号，要求对不同的系统具有通用性；现有的光耦隔离电路无法同时满足上述需求，同时也不是为复杂电磁环境专门设计的，系统稳定性不高。

发明内容

针对现有的技术缺陷或技术需求，本发明提供了一种模拟信号光电隔离放大器，带宽可达2.7MMHz,目的在于解决现有的光耦隔离电路带宽低、线性度差的问题。

本发明提供的模拟信号光电隔离放大器，包括隔离输入单元、光耦隔离单元以及隔离输出单元；隔离输入单元的第一输入端作为模拟信号光电隔离放大器的信号输入接口，接收外部模拟信号；第二输入端连接光耦隔离单元的第一输出端，接收第二电流信号；隔离输入单元用于将外部输入的电压模拟信号变换成第一电流信号，根据所述第一电流信号获取驱动信号；并根据所述第二电流信号对信号输入接口进行直流误差补偿；

光耦隔离单元的第一输入端连接隔离输入单元的输出端；光耦隔离单元用于根据上述驱动信号进行电光转换，获取光信号，再将该光信号转换成电信号；通过电光转换和光电转换实现对隔离输入单元(11)输入的电压模拟信号的隔离；

隔离输出单元的输入端连接光耦隔离单元的第二输出端，接收第三电流信号，输出端作为模拟信号光电隔离放大器的信号输出接口；隔离输出单元用于将第三电流信号变换成电压信号并对电压信号进行放大和滤波，实现增益调节及带宽拓展；带宽可达2.7MHz；

外部接入的模拟信号经过模拟信号光电隔离放大器的隔离以及信号的放大和滤波调理，在线性误差小于1％范围内小失真输出。

优选的，隔离输入单元包括电压转换电路、LED驱动电路以及反馈电路；电压转换电路第一输入端作为隔离输入单元的第一输入端，第二输入端连接反馈电路的输出端；电源输入端作为隔离输入单元的电源接口；LED驱动电路的输入端连接电压转换电路的输出端，LED驱动电路的输出端作为隔离输入单元输出端，用于与光耦隔离单元连接；反馈电路的输入端作为隔离输入单元的第二输入端，用于连接光耦隔离单元；电压转换电路用于将外部输入的模拟电压信号转换为第一电流信号；LED驱动电路用于根据第一电流信号生成驱动信号，以驱动光耦隔离单元进行电光转换；

反馈电路用于对第二电流信号进行放大处理，输出反馈信号，电压转换电路据该反馈信号对信号输入接口进行直流误差补偿。

优选的，电压转换电路包括第一恒流源、第一电阻和第二电阻；第一恒流源正端作为电压转换电路的电源输入端；；第一电阻的第一端作为电压转换电路第一输入端，第二电阻第一端与第一电阻的第二端连接，其连接端还与第一恒流源的稳定节点O₁连接，并作为电压转换电路的输出端；第二电阻的第二端作为电压转换电路的第二输入端；电压转换电路通过第一电阻，将接入的外部电压模拟信号转换为电流信号。

优选的，LED驱动电路包括第一运算放大器、第四电阻和三极管；第一运算放大器的输入正端接隔离输入参考地，输入负端作为LED驱动电路的输入端；三极管基极连接第一运算放大器的输出端，发射极通过第四电阻与电源连接，集电极作为LED驱动电路的输出端。