[发明专利]具有比较器和隔离输出的二进制/数字输入模块

说明书

在集成电路(IC)芯片(111)上实施的二进制/数字输入模块(100A)具有输入信道(在IN1_P、IN1_N至INx_P、INx_N上的输入)，并且针对每个输入信道包括比较器(C1‑Cx)和用于数据(108)的数字隔离电路，该比较器(C1‑Cx)被耦接以接收缩放输入电压(通过105、107、109的组合来接收)和缩放阈值电压并且进一步被耦接以提供输出值，该数字隔离电路被耦接在比较器(C1‑Cx)和相应的输出引脚(OUT1_P、OUT1_N至OUTx_P、OUTx_N)之间以横跨隔离屏障提供输出值。

技术领域

本申请总体上涉及具有与被监视的输入电压隔离的输出的二进制输入模块和数字输入模块(在本文中统称为输入模块)，并且更具体地涉及具有比较器和隔离输出的二进制/数字输入模块。

背景技术

电网基础设施和工厂自动化装备都使用诸如保护继电器、终端单元和可编程逻辑控制器等装备来监视和控制电网或工厂基础设施的各种元件中的状况。这些元件中的一个元件是可以被称为二进制输入模块或数字输入模块的输入模块。这些输入模块的用途的示例可以包括变电站电池监控、机架或变电站主设备互锁、断路器状态指示、一般询问、发光二极管(LED)测试、故障指示(例如警报)和配置更改，即为新的输入模块提供新的设置，以执行不同的功能。输入模块作为横跨发电、输电和配电的主要资产连接的装备的一部分进行安装并且用于保护该资产免受可能导致损坏的故障。来自输入模块的输出电平(无论是二进制的还是数字的)指示被监视的电压的状态并允许实施保护算法。许多较旧的系统需要使用分立部件的大型电路板，这些分立部件必须在物理上关断以改变被监视的状况。

发明内容

所描述的实施例提供在集成电路(IC)芯片上实施的输入模块，该输入模块在保持必要的电压隔离的同时提供灵活性和易于更新的配置控制。该输入模块可以被配置为提供二进制(高或低)输出值的二进制输入模块、提供数字输出值的数字输入模块或者可被编程以提供二进制和/或数字输出值的输入模块。出于本申请的目的，二进制/数字输入模块可以指代这些配置中的任何一种，或整体地指代所有配置。

片上比较器接收输入电压并提供输出值，该输出值可以是与阈值进行的比较的二进制结果，也可以是输入电压的值。横跨用于数据的数字隔离电路的输出值被提供给可耦接到微处理器的输出引脚。二进制/数字输入模块可以被配置为仅接受直流(DC)输入，即拒绝交流(AC)，或者接受AC和DC两者；输入电压可以从宽电压范围选择，其通常在5V、12V、24V、48V、110V、220V和300V的范围内。二进制/数字输入模块中的电路在5.0V或更低的电压下工作，因此首先将输入按比例缩小到合适的范围以进行处理。

用户可以选择输入类型(AC/DC或仅DC)、输出类型(二进制和/或数字)和所需的电压范围，以及指定可编程阈值以在二进制/数字输入模块提供二进制输出时进行检测。可以使用耦接到IC芯片上的引脚的外部开关，或者通过对与选择相关联的寄存器进行编程，使用数字接口将每个可允许的选择提供给IC芯片。无需花费数小时的工作，就可以在几分钟内管理配置更改。在二进制/数字输入模块中提供诊断功能，以确定何时(a)电压输入与其指定的输入范围不匹配，(b)在指定仅DC时耦接交流电压，(c)DC连接与反转的极性耦接，(d)芯片上的一个引脚意外地与另一个引脚短路，或者(e)内部电路出现操作问题。除了提供状况的警报外，还避免了由a、b和c引起的潜在损坏。

在一方面，本文中描述了在集成电路芯片上实施的二进制/数字输入模块的实施例，该二进制/数字输入模块具有输入信道。对于每个输入信道，二进制/数字输入模块包括比较器和用于数据的数字隔离电路，该比较器被耦接以接收缩放的输入电压和缩放的阈值电压并且进一步被耦接以提供输出值，该用于数据的数字隔离电路被耦接在比较器和相应的输出引脚之间以提供横跨隔离屏障的输出值。

附图说明

图1A描绘了根据一个实施例的在IC芯片上实现的二进制/数字输入模块的示例。

图1B描绘了图1A的IC芯片上的二进制/数字输入模块，其中示出了根据一个实施例的一些用户连接。