光电隔离脉冲分路方法和光电隔离脉冲分路装置的制作方法

专利名称：光电隔离脉冲分路方法和光电隔离脉冲分路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电隔离脉冲分路方法和光电隔离脉冲分路装置，尤其 涉及一种可以对输入的信号进行信号整形及宽范围电压工作的光电隔离脉冲 分路方法和光电隔离脉冲分路装置。
背景技术：
现有技术中，例如冶金行业等很多的工业场合，需要对电动机等设备进 行测速，测速时首先利用增量编码器产生脉冲信号，然后利用脉冲分路器将
该脉冲信号隔离分路后传递给其他设备，例如传动装置、PLC装置等需要知道 电机速度的装置，测速装置利用接收到的脉冲信号进行电动机转速测量计算。
如图1所示，为现有技术的脉冲分路器和编码器的电路结构框图，现有 的脉冲分路器9包括电源适配器91、光耦驱动器92和信号分路器93。电源 适配器91将输入的电压处理后，输入信号分路器93使用，并且也输入脉冲 分路器9连接的编码器8使用；光耦驱动器92将编码器8输入的脉冲信号进 行光耦隔离后，由信号分路器93分路处理后多路输出。
现有技术的电源适配器91只能对输入的电压进行判断，当输入的电压大 于12V的时候，则输出12V的电压给编码器，当输入的电压低于12V的时候 将输入的电压输入给编码器；而对于内部需要供电的元件(例如运算放大器)， 则电源适配器91输出5V的电压给这些需要供电的元件。
因为在工业环境下，干扰源多，信号传输的环境比较恶劣，所以编码器 输出的脉冲信号传递到脉冲分路器后，可能已经失真了，例如变为三角波或 者正弦波，如果不经过整形处理，脉冲分路器将该失真的信号输出到测速装 置后，占空比会发生很大的变化，例如占空比变小。如图2所示，为现有技术的脉冲分路器输入和输出的差分脉冲信号的波 形图，最上面的图是两路失真的波形为锯齿波的差分脉冲信号A和AN的波形 比对，0点是两个波形的交叉点，在不整形时经过光耦驱动器处理成两路方波 的输出A'和AN', —路输出高电平，另一路输出低电平，理想情况下，因 为0点两个波形的交叉点，所以是输入的差分脉冲信号A和AN高低电平的转 换点，因此两路输出A1和AN1应该是在0点的时候进行翻转， 一路输出低电 平，另一路输出高电平，下一个0点再翻转，即中间的图式，就是理想情况 下输出的脉冲信号的波形图，理想状况下的占空比为0.5。但是经光耦驱动器 处理时，因为光耦驱动器的光耦在导通时，发光二极管侧需要一定的压降， 如果为多个发光二极管串联，则压降会更大，即当输入的锯齿波形的差分脉 冲信号A和AN之间的压差大于发光二极管侧的压降AU时，光耦才导通，由 于输入的差分信号A和AN是锯齿波，因此两路实际输出A2和AN2并非在0 点进行翻转，而是要在A和AN的电压差大于AU的时候才翻转，所以两路输 出的A2和AN2的占空比理想情况下小(小于0.5)，即如最下边的图示。如果 光耦驱动器输入的脉冲信号的波形为方波，则光耦驱动器输出的脉冲信号在 输入的脉冲信号翻转的时候也进行翻转，不会改变占空比。
因此现有的脉冲分路器及分路方法，对输入脉冲信号不进行整形处理， 会使输出的脉冲信号的占空比变小，当后续利用该脉冲信号进行电动机转速 的测量的时候，转速测量就不精确了，并且无法适应宽范围的供电。

发明内容
为了解决上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种光电隔离脉冲分路方 法和光电隔离脉冲分路装置，可以对输入的脉冲信号进行整形，从而不改变 信号的占空比，由此有利于保证信号的远距离传输，和对后续的信号处理。
为实现上述目的，本发明提供了一种光电隔离脉冲分路方法，所述的方 法包括
6对外部编码器发送的电动机测速时生成的初始脉冲信号进行整形，并输
出整形后的脉冲信号；
所述整形后的脉冲信号驱动光耦电路，生成一脉冲信号； 将所述一脉冲信号放大后输出，根据所述一脉冲信号进行电动机测速处理。
为实现上述目的，本发明提供了一种光电隔离脉冲分路装置，所述的装 置包括
整形电路，用于对外部编码器发送的初始脉冲信号进行整形，并输出整 形后的脉冲信号；
光耦电路，用于被所述的整形电路输出的整形后的脉冲信号驱动，所述 的光耦电路再输出一脉冲信号；
分路电路，用于将所述的光耦电路输出的所述一脉沖信号放大后输出。 本发明的光电隔离脉冲分路方法和光电隔离脉冲分路装置，利用整形电 路对输入的脉冲信号进行整形，实现了不改变信号的占空比，从而有利于保 证信号的远距离传输，提高信号的抗干扰能力，和对后续的信号的精确处理。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附 图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为现有技术的脉冲分路器和编码器的电路结构框图； 图2为现有技术的脉冲分路器输入和输出的差分脉冲信号的波形图； 图3为本发明光电隔离脉冲分路方法的流程图； 图4为本发明光电隔离脉冲分路方法的电压适配处理流程图； 图5为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的电路结构框图；图6为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的整形电路的电路图； 图7为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的整形电路输入的差分脉 冲信号的波形图8为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的整形电路输入和输出信 号的波形图9为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的恒定的参考电压AN的产 生电路图1 0为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的光耦电路的电路图； 图11为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的光耦电路输入和输出 的脉沖信号的波形图1 2为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的分路电路的TO图l3为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的电路图14为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的信号处理流程图15为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电路结构框图16为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压适配电路的电路
图17为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压适配电路的工作 流程图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明可以利用光电隔离脉冲分装置的整形电路对输入的脉冲信号首先 整形成一个方波，然后再去驱动光耦电路，由光耦电路输出的信号不会因为
8脉冲信号换向时压差太小而改变输出信号的占空比。
图3为本发明光电隔离脉冲分路方法的流程图，如图3所示，光电隔离 脉冲分路方法具体包括如下步骤-
步骤101、整形电路对外部编码器发送的电动机测速时生成的初始脉冲信 号进行整形，并向光耦电路输出整形后的脉冲信号；
整形电路将外部编码器发送的电动机测速时生成的两路初始脉冲信号A 和AN整形处理成两路波形为标准方波的标准脉冲信号A'和AN'，并将两路 标准脉冲信号输出，而外部编码器发送的两路初始脉冲信号的占空比与两路 标准脉冲信号的占空比相同。
整形电路具有两个运算放大器，分别为第一运算放大器和第二运算放大 器，第一运算放大器的同相输入端输入外部编码器发送的一路差分脉冲信号 A，反相输入端叠加输入一路差分脉冲信号A和第二运算放大器输出的波形为 标准方波的标准脉冲信号AN'，并输出波形为标准方波的标准脉冲信号A'; 第二运算放大器的同相输入端输入外部编码器发送的另一路脉冲信号AN，反 相输入端叠加输入另一路脉冲信号AN和第一运算放大器输出的波形为标准方 波的路标准脉冲信号A'，并输出波形为标准方波的标准脉冲信号AN';这样 可以一路差分脉冲信号A和标准脉冲信号A'的占空比相同，另一路差分脉 冲信号AN和标准脉冲信号AN'的占空比相同。
本发明光电隔离脉冲分路方法可以处理差分脉冲信号，也可以处理单端 信号的单路脉冲信号，当对单端信号的单路信号进行整形处理的时候，可以 一路输入为单路信号A，另一路的输入AN可以是恒定的参考电压，这时候， 经过整形电路的处理，也可以有两路波形为标准方波的标准脉冲信号A'和 AN'，另一路的输入AN通过拨码开关接至恒定电压的信号。
本发明光电隔离脉冲分路方法采用了双运放施密特电路，具有两个运算 放大器，第一运算放大器和第二运算放大器，利用电路叠加原理形成回差可 调的双运放施密特电路，由此可以输入的脉冲信号进行整形处理，经过整形输出的脉冲信号与原始的脉冲信号相比，占空比不会发生变化。通过对脉冲 信号的整形，有利于脉冲信号传输更远的距离，由此实现了强的抗干扰能力， 可根据实际应用场合调节回差。
又因为整形电路使用两个运算放大器，所以可以克服单运算放大器在单 极性难以对称转换的问题。
步骤102、整形后的脉冲信号驱动光耦电路，生成一脉冲信号，发送给两 个分路电路；
整形后的波形为标准方波的脉冲信号A'和AN'驱动光耦电路，产生脉 冲信号A''和AN"，光耦电路的作用就是光电隔离，将前面的整形电路和后 面的分路电路进行光电隔离，整形后的波形为标准方波的脉冲信号A'和AN' 驱动光耦电路，光耦电路产生的脉冲信号A''和AN''的波形与输入的标准 脉冲信号A'和AN'的波形几乎相同；
另外因为光耦的工作电流是有一定范围限制的，如果用不同的电压来驱 动光耦，则为了适应光耦的工作电流，需要利用不同的电阻来实现光耦的工 作电流的匹配，本发明光电隔离脉冲分路方法可以利用恒流二极管，这样就 可以很方便的实现利用宽范围电压的供电也能适应光耦的工作电流的要求， 同时也保护了光耦，延长了光耦电路的使用寿命；
步骤103、两个分路电路分别将一脉冲信号放大后分路输出，根据所述一 脉冲信号可以进行电动机测速处理。
当分路电路接收光耦电路发出的高电平时，经过分路电路的每一个运算 放大器的输出端输出高电平，给运算放大器输入的电平有多少伏，则运算放 大器输出的高电平就有多少伏，因此，当接收放大器输出的标准脉冲信号A''' 和AN'"的设备需要波形为方波的标准脉冲信号A'"和AN'"的电压为多 少伏，则给运算放大器供给多少伏特的电压即可。这不仅实现了分路功能， 还可以实现信号转换功能，例如5V方波输入，15V方波输出，反之亦然。
所以由两个分路电路实现了对信号A'和AN'的两路分路输出A'"和AN'，，。
由于每一个信号分电路输出的两路标准脉冲信号A"'和AN"'与光耦 电路输出的两路标准脉冲信号A"和AN"是基本相同的，而光耦电路输出 的两路标准脉冲信号A''和AN"，又与整形电路输出的两路标准脉冲信号A' 和AN'是基本相同的，而整形电路输出的两路标准脉冲信号A'和AN'的占 空比与原始信号几乎相同，所以本发明的光电隔离脉冲分路方法可以通过整 形电路将信号进行整形，从而使得光电隔离脉冲分路装置输出的多个两路标 准脉冲信号A"'和AN"'的占空比与原始信号相同，由于经过整形和分路 输出的脉冲信号杂波少，干净，使得接收到的这些脉冲信号的设备对信号的 处理更精确，例如可以使得速度测量更加精确。
另外，本发明光电隔离脉冲分路方法中，可以利用电压适配电路将将接 收到的不同路输入的不同范围的电压适配处理成所需的不同电压，并分路输 出向整形电路和编码器供电，图4为本发明光电隔离脉冲分路方法的电压适 配处理流程图，如图4所示，电压适配处理具体包括如下步骤
步骤201、判断输入的电压高低，根据输入电压的不同，选择不同的电压 输入端；
步骤211，如果是大于20V的供电，例如30-20V之间的供电电压输入第 一电压输入端，其中的一路通过第一限流电阻进行电流限流后，输入第一电 压输出端；另一路则输入稳压管的输入端Vin，由稳压管将第一电压输入端输 入的30-20V之间的供电电压稳压为15V后输出给第二电压输出端；
步骤212，第一电压输出端将接收到的电压输入编码器中，第二电压输出 端将稳压后的电压输入光电隔离脉冲分路装置需要供电的部件；
步骤221，如果是小于20V的供电，例如20—5V之间的供电电压输入第
二电压输入端，此时的供电电压可以直接利用，第二电压输入端将输入的 20—5V之间的供电电压直接输入给第一电压输出端和第二电压输出端；
步骤222，第一电压输出端将接收到的电压输入到编码器中，第二电压输
ii出端将接收到的电压输入光电隔离脉冲分路装置需要供电的部件。
本发明光电隔离脉冲分路方法利用电压式配电路可以接收不同的电压， 这样可以适用比较宽的供电电压，还可以在编码器供电范围允许内，尽可能 的提高供电电压来提高编码器的供电电压，有利于提高编码器输出信号的抗 干扰能力，也可以更远距离的传输信号。
如图5所示，为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的电路结构框图，
本实施例的光电隔离脉冲分路装置包括整形电路ll、光耦电路12和两个分
路电路13。
整形电路11与光耦电路12相连接，光耦电路12分别与两个分路电路13 相连接，整形电路11首先对外部编码器2发送的脉沖信号进行整形，并将整 形后的脉冲信号发送给光耦电路12;光耦电路12与两个分路电路13相连接， 整形后的脉冲信号驱动光耦电路12，光耦电路12输出的脉冲信号发送给两个 分路电路13，分路电路13将接收到的脉冲信号放大输出。
整形电路将输入的两路脉冲信号A和AN整形处理成两路波形为标准方波 的标准脉冲信号A'和AN'，并发送给光耦电路；输入的两路脉冲信号A和AN 的占空比与输出的两路标准脉冲信号A'和AN'的占空比相同，如图6所示，
为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的整形电路的电路图，整形电路11 包括第一运算放大器U1A111和第二运算放大器U1B112。
优选的第一运算放大器111和第二运算放大器112的型号是LM7322。第 一运算放大器111的同相输入端1111输入一路初始脉冲信号A，反相输入端 1112叠加输入一路初始脉冲信号A和第二运算放大器1112输出的波形为标准 方波的一路标准脉冲信号AN'，向光耦输出另一路标准脉冲信号A';第二运 算放大器112的同相输入端1121输入另一路初始脉冲信号AN，反相输入端 1122叠加输入另一路脉冲信号AN和第一运算放大器111输出的波形为标准方 波的另一路标准脉冲信号A'，向光耦输出一路标准脉冲信号AN';另一路标 准脉冲信号A'和一路标准脉冲信号AN'的占空比，与一路初始脉冲信号A
12和另一路初始脉冲信号AN的占空比相同。
具体的，第一运算放大器111具有第一同相输入端1111、第一反向输入 端1112和第一输出端1110，第二运算放大器112具有第二同相输入端1121、 第二反向输入端1122和第二输出端1120。
第一同相输入端1111可以接收一路脉冲信号A，例如编码器2输入的一 路差分脉冲信号A，并且和第一输出端1110和第二反向输入端1122相连接， 第一同相输入端1111接收到的同一路的一路脉冲信号A，和第一输出端1110 输出的信号A'叠加输入到第二反向输入端1122，作为第二反向输入端1122 的输入信号；第二同相输入端1121可以接收另一路脉冲信号AN，例如编码器 2输入的另一路差分脉冲信号AN，并且和第二输出端1120和第一反向输入端 1112相连接，第二同相输入端1121接收到的同一路的另一路脉冲信号AN， 和第二输出端1120输出的信号AN，叠加输入到第一反向输入端1112，作为 第一反向输入端1112的输入信号。
进一步的，第一运算放大器111的第一同相输入端1111连接有第一电阻 R (例如阻值为500Q的电阻)114，由此输入的一路脉冲信号，例如编码器2 输出的一路差分脉冲信号A，经过第一电阻Rl 14输入到第一同相输入端1111; 而第二运算放大器112的第二同相输入端1121连接有另外一个第一电阻R(例 如阻值为500Q的电阻)114，这样输入的另一路脉冲信号，例如编码器2输 出的另一路差分脉冲信号AN，经过另一个第一电阻R114输入到第二同相输入 端1121。
另外，第一运算放大器111的第一同相输入端1111通过第二电阻Rf (例 如阻值为3KQ的电阻)115与第一运算放大器111的第一输出端1110相连接； 第二运算放大器112的第二同相输入端1121通过另一个第二电阻Rf (例如阻 值为3KQ的电阻)115与该第二运算放大器112的第二输出端1120相连接； 由此第一运算放大器111的第一输出端1110输出的信号A，通过第二电阻 1115，与一路脉冲信号A经过第一电阻114，叠加到第二运算放大器112的第二反相输入端1122，作为第二反相输入端1122的输入脉冲信号，第二运算放 大器112的第二输出端1120输出的标准脉冲信号AN'通过另一第二电阻115， 与另一路脉冲信号AN通过另一第一电阻114，叠加到第一运算放大器111的 第一反相输入端1112，作为第一反相输入端1112的输入脉冲信号。
设输入的原始的一路脉冲信号为A，电压为U,，经过第一电阻114后，第 一运算放大器111的第一同相输入端1111输入信号的电压为VAin,第一输出 端1110输出的脉冲信号N'的电压为UA.;输入的原始的另一路差分脉冲信号 为AN，电压为U,经过另一第一电阻114后，第二运算放大器112的第二同 相输入端1121输入信号的电压为V,n，第二输出端1120输出的脉冲信号N' 的电压为IU.;第一电阻114的阻值为R，第二电阻115的阻值为R,。
当输入的原始脉沖信号的A和認的电压U^IL的时候，输出信号A'为 高电平，AN'为低电平，第一同相输入端1111输入信号的电压V^为
式(1)
第二同相输入端1121输入信号的电压V八^为 _ 及,
^"晨'"=、 式(2 )
当^廳〉乙力时，即(胸一^,. 〉0时，输出的信号A，和AN，翻转，输 出信号A'为低电平，AN'为高电平，代入式(1 )和式(2)为
& 及, A
Af 及^ ^i +i力及+及
因为输出信号A，的电压仏,为高电平，设为Vcc,艮卩^^一^/力>^'^"。

例如第一电阻的阻值R为500Q，第二电阻的阻值Rf为3000Q,高电平
Vcc的电压一般为15V,则回差乙.丄为2.5伏特，即只有A大于AN为2.5V
及/
时信号才翻转。因为A与AN为对称信号，故为标准方波即占空比为0.5。 也就是在输出信号A'为高电平，AN'为低电平的时候，当
U^-f^ >「^^~，即输入的原始信号A的高电压Ua和AN信号的低电压UrtN
的压差大于^，^时，输出的信号A'和AN'翻转，输出信号A'为低电平， AN，为高电平。同理，在输出信号A'为低电平，AN'为高电平的时候，当 "力-^w > ，即输入的原始信号AN的高电压1^和A信号的低电压UA
的压差大于^，^f时，输出的信号A'和AN'翻转，输出信号A'为高电平， AN，为低电平。
本发明光电隔离脉冲分路装置的整形电路既可以处理差分脉冲信号，也 可以处理单端信号的单路脉冲信号。
当对差分信号进行整形处理时，图7为本发明光电隔离脉冲分路装置实 施例一的整形电路输入的差分脉沖信号的波形图，如图7所示，两路差分脉 冲信号A和AN均为锯齿波。图8为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的 整形电路输入和输出信号的波形图，如图8所示，上图为输入的两路差分脉 冲信号A和AN的比较波形图，如上所述，如果输出信号A，为高电平，AN，
15为低电平时，当电压差Kw-K〉「"'丁时，输出信号A'和AN，翻转，输
出信号AN，为高电平，A，为低电平，然后当电压差^-^w〉^'^"时，
输出信号A'和AN'再次翻转，A'为高电平，AN'为低电平时，以此类推。
在整形电路的输入端，只有A〉AN 输出信号才进行翻转(第一个
及/
0'点)，下一次在AN〉A 时，输出信号翻转(第二个0'点)，输出的波
形为标准方波，如图8的下图所示，输出信号A'和AN'为标准的方波。
而现有技术中没有对信号进行整形时，只要输入信号A-AN〈厶U时，输出 信号A'就变为低电平，该低电平一直要持续到下次输入信号A-AN〉AU。而 本发明利用整形电路整形时，假设光耦电路导通，输入侧的二极管压降AU等
于整形电路所设计的回差Kzl，只有当^-Kw〉^'^"时，信号才翻转，
及, ~
输出的A'—直会保持到当^w-^〉^'^"时，点O'表示，由于A与AN
信号对称，则整形后输出的A'与AN'为标准的方波。
当对单端信号的单路信号进行整形处理的时候，可以一路输入为单路信
号A，另一路的输入AN可以是恒定的参考电压，这时候，经过整形电路的处 理，也可以有两路输出A'和AT，另一路的输入AN通过拨码开关接至恒定 电压的信号，如图9所示，为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的恒定 的参考电压AN的产生电路图，其中VECD为给编码器的工作电压，A信号高电 平的幅值即为VECD，将其通过R3、 R8分压后，作为AN，也就是二分之一 VECD, 与A信号比较，产生标准的A'与AN，方波信号。
本发明光电隔离脉冲分路装置的整形电路，是双运放施密特电路，具有 两个运算放大器，第一运算放大器111和第二运算放大器112，利用电路叠加原理将第一运算放大器111第一输出端1110输出的信号A'叠加到第二运算 放大器112的第二反相输入端1122，将第二运算放大器112第二输出端1120 输出的信号AN'叠加到第一运算放大器111的第一反相输入端1112，形成回 差可调的双运放施密特电路，由此可以输入的脉冲信号进行整形处理，经过 整形输出的脉冲信号与原始的脉冲信号相比，占空比不会发生变化。通过对 脉冲信号的整形，有利于脉冲信号传输更远的距离，由此实现了强的抗干扰 能力，可根据实际应用场合调节回差。
又因为整形电路使用两个运算放大器，所以可以克服单运算放大器在单 极性难以对称转换的问题。
图IO为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的光耦电路的电路图，如 图所示，光耦电路具体包括恒流二极管120和两个光耦121。
每一个光耦121包括发光二极管1211和光敏三极管1212，恒流二极管 120与整形电路中的第一运算放大器的第一输出端相连接，恒流二极管120的 另一端与第一个光耦121的发光二极管1211相连接，然后两个光耦121的发 光二极管1211顺次串联，第二个发光二极管1211与整形电路中的第二运算 放大器的第二输出端相连接，第一输出端输出的标准脉冲信号A'和第二输出 端输出的标准脉冲信号AN'驱动光耦121的发光二极管1211发光，再由光耦 121的光敏三极管1212产生电流脉冲信号。
图11为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的光耦电路输入和输出的 脉冲信号的波形图，如图所示，上图为输入的两个标准脉冲信号A，和AN， 的波形图，因为A'和AN'是经过整形电路整形后的方波，所以A'和AN， 之间的压差肯定大于发光二极管1211的压降，所以在信号A'和AN，翻转的 时候，A"和AN"也翻转。当A'为高电平，AN，为低电平时，光耦121的 发光二极管1211导通，输出髙电平；当A'为低电平，AN，为高电平时，光 耦121的发光二极管1211承受反压，光耦截止，输出一低电平。
因此光耦电路的光敏三极管1212产生的电流标准脉冲信号A，'和AN，，
17的波形与输入的标准脉冲信号A'和AN'的波形几乎相同。
因为光耦的工作电流是有一定范围限制的，如果用不同的电压来驱动光 耦，则为了适应光耦的工作电流，需要利用不同的电阻来实现光耦的工作电 流的匹配，本发明光电隔离脉冲分路装置的光耦电路，因为利用了恒流二极 管，这样就可以很方便的实现利用宽范围电压的供电也能适应光耦的工作电 流的要求，同时也保护了光耦，延长了光耦的使用寿命。
图12为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的分路电路的电路图，如 图所示，分路电路13具体包括第三运算放大器131和第四运算放大器132， 第三运算放大器包括第三同相输入端1311、第三反向输入端1312和第三输出 端1310，第四运算放大器132包括第四同相输入端1321、第四反向输入端1322 和第四输出端1320。优选的第三运算放大器131和第四运算放大器132的型 号是LM7322。
每一个光耦电路中的光耦121均连接一个分路电路13，光耦121的光敏 三极管1212的发射极连接一个分路电路13的第三运算放大器131的第三反 相输入端1312和第四运算放大器132的第四同相输入端1321，光耦121的光 敏三极管1212的集电极连接一个分路电路13的第三运算放大器131的第三 同相输入端1311和第四运算放大器132的第四反向输入端1322，这样就可以 由分路电路13的第三运算放大器131的第三输出端1310，和第四运算放大器 132的第四输出端1320输出两路标准脉冲信号A'"和AN"'。
当分路电路接收光耦发出的高电平时，经过每一个运算放大器的输出端 输出高电平，给运算放大器输入的电平有多少伏，则运算放大器输出的高电 平就有多少伏，因此，当接收放大器输出的标准脉冲信号A'"和MT'，的 设备需要波形为方波的标准脉冲信号A'"和AN"，的电压为多少伏，则给 运算放大器供给多少伏特的电压即可。这不仅实现了分路功能，还可以实现 信号转换功能，例如5V方波输入，15V方波输出，反之亦然。
在本实施例中，光耦电路中具有两个光耦，每一 光耦连接一个分路电路，因^:本实施例的光电隔离脉冲分路装置具有两个分路电路，这样本实施 例的光电隔离脉冲分路装置输入的一路差分脉冲信号，两个分路电路的每一 个都会输出两路差分的或单端的脉冲信号，同理，如果光耦电路中具有多个 光耦，这样光电隔离脉冲分路装置就会具有多个分路电路，同理多个分路电 路中的每一个信号分路都会输出一组差分脉冲信号，实现了光电隔离脉冲分 路装置的分路功能。就可以将信号输入不同的设备进行后续处理，例如测量。 另外，光电隔离脉冲分路装置的光耦电路也可以只有一个光耦，所以只 能连接一个分路电路，也就只能输出一个两路脉冲信号，其实是仍然有意义 的，因为光电隔离脉冲分路装置中的整形电路，仍然会对输入的两路脉冲信
号A和AN进行整形，输出与原始信号占空比相同的标准脉冲信号A'和AN'， 所以驱动光耦电路中的光耦的是经过整形的标准脉冲信号A'和AN'，最后通 过分路电路输出的标准脉冲信号A'"和AN'"也是与原始信号的占空比相 同的，所以后续处理会更加精确，因此即便只连接一个分路电路也是可以的， 此时只起隔离作用。
由于每一个信号分电路输出的两路标准脉冲信号A'"和AN"'与光耦 电路输出的两路标准脉冲信号A''和AN''是基本相同的，而光耦电路输出 的两路标准脉冲信号A"和AN"，又与整形电路输出的两路标准脉冲信号A' 和AN'是基本相同的，而整形电路输出的两路标准脉冲信号A'和AN'的占 空比与原始信号几乎相同，所以本实施例的光电隔离脉冲分路装置可以通过 整形电路将信号进行整形，从而使得光电隔离脉冲分路装置输出的多个两路 标准脉冲信号A'"和AN"'的占空比与原始信号相同，由于经过整形和分 路输出的脉冲信号杂波少，干净，使得接收到的这些脉冲信号的设备对信号 的处理更精确，例如可以使得速度测量更加精确。
如图13所示，为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的电路图，本实 施例的光电隔离脉冲分路装置包括整形电路11、光耦电路12和两个分路电路 13。整形电路11、光耦电路12和两个分路电路13顺次相连接
19如图14所示，为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例一的信号处理流程 图，参见图14，信号处理具体包括如下步骤-
步骤101，整形电路11将输入的脉冲信号A和AN进行整形处理，输出标 准脉冲信号A，和AN，；
整形电路11具有两个运算放大器，第一运算放大器111和第二运算放大 器112;,第一运算放大器111的第一同相输入端1111接收一路脉冲信号A， 例如编码器2输入的一路差分脉冲信号A，并且和第一输出端1110和第二反 向输入端1122相连接，第一同相输入端1111接收到的同一路的一路脉冲信 号A，和第一输出端1110输出的信号A'叠加输入到第二反向输入端1122, 作为第二反向输入端1122的输入信号；第二运算放大器112的第二同相输入 端1121接收另一路脉冲信号AN，例如编码器2输入的另一路差分脉冲信号 肌并且和第二输出端1120和第一反向输入端1112相连接，第二同相输入 端1121接收到的同一路的另一路脉冲信号AN，和第二输出端1120输出的信 号AN，叠加输入到第一反向输入端1112，作为第一反向输入端1112的输入 信号；
整形电路11的两个运算放大器第一运算放大器111和第二运算放大器 112将输入的两路脉冲信号A和AN，例如波形为锯齿波的两路差分脉冲信号， 进行整形处理，处理为波形为方波的两路差分标准脉冲信号A'和AN，，并且 和原始的脉冲信号的占空比是相同的；
步骤102，两路差分标准脉冲信号A'和AN，驱动光耦电路12，生成电 流标准脉冲信号A"和AN";
两路差分标准脉冲信号A'和AN'通过驱动光耦电路12的恒流二极管120， 然后再驱动光耦电路12的光耦121，差分标准脉冲信号A'和AN，通过光耦 121的发光二极管1211时，如果是A' 〉AN，发光二极管1211发光，光耦121 的光敏三极管1212受光后发射极产生电流，产生电流标准脉冲信号A，，和 AN，，；步骤103,电流标准脉冲信号A''和AN"输入分路电路13中进行分路 处理，每一个分路电路13分路输出A"'和AN"';
分路电路包括两个两个运算放大器，第三运算放大器131和第四运算放 大器132;每一个光耦121均连接一个分路电路13，光敏三极管1212的发射 极连接一个分路电路13的第三运算放大器131的第三反相输入端1312和第 四运算放大器132的第四同相输入端1321，光敏三极管1212的集电极连接一 个分路电路13的第三运算放大器131的第三同相输入端1311和第四运算放 大器132的第四反向输入端1322，这样就可以由分路电路13的第三运算放大 器131的第三输出端1310，和第四运算放大器132的第四输出端1320输出两 路标准脉冲信号A'"和AN"'。
每一个信号分电路输出的两路标准脉冲信号A'"和AN"'的占空比与 原始信号的占空比相同，由于经过整形和分路输出的脉冲信号杂波少，干净， 使得接收到的这些脉冲信号的设备对信号的处理更精确，例如可以使得速度 测量更加精确。
如图15所示，为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二电路结构框图， 本实施例的光电隔离脉冲分路装置包括电压适配电路14、整形电路ll、光 耦电路12和两个分路电路13。
本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二与光电隔离脉冲分路装置实施例 一相比，增加了电压适配电路14，作用是将输入的电压进行适配后向整形电 路11和编码器供电。图16为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压 适配电路的电路图，如图16所示，电压适配电路具体包括第一电压输入端141、 稳压管142、第二电压输入端143、第一电压输出端144、第二电压输出端145 和第一限流电阻146。优选的稳压管的型号为7815。
第一电压输入端141通过第一限流电阻146与第一电压输出端144相连 接，并且与稳压管142的输入端Vin相连接，稳压管142的输出端Vout连接 第二电压输出端145，第二电压输入端143则与第一电压输出端144和第二电
21压输出端145相连接。优选的稳压管142的型号是7815。第一电压输出端144 输出的电压是为编码器2来供电的，而第二电压输出端145输出的电压是为 了向光电隔离脉冲分路装置其他需要供电的电路进行供电的，例如整形电路。
图17为本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压适配电路的工作流 程图，如图17所示，具体包括如下步骤-
步骤201，判断输入的电压高低，根据输入电压的不同，选择不同的电压 输入端；
电压适配电路包括两个电压输入端，第一电压输入端141和第二电压输 入端143，因此可以具有两个电压输入档，每一电压输入端输入的电压不同； 如果是大于20V的高电压供电则输入第一电压输入端，执行步骤211，如果是 小于20V的低电压供电则输入第二电压输入端，执行步骤221，通常情况下供 电的范围在5—30V之间；
步骤211,如果是大于20V的供电，例如30-20V之间的供电电压输入第 一电压输入端141，其中的一路通过第一限流电阻146(例如一个50Q的电阻) 进行电流限流后，输入第一电压输出端144;另一路则输入稳压管142的输入 端Vin，由稳压管142将第一电压输入端141输入的30-20V之间的供电电压 稳压为15V后输出给第二电压输出端145;
歩骤212，第一电压输出端144将接收到的电压输入编码器2中，第二电 压输出端145将稳压后的电压输入光电隔离脉冲分路装置需要供电的部件；
步骤221，如果是小于20V的供电，例如20—5V之间的供电电压输入第 二电压输入端143，此时的供电电压可以直接利用，第二电压输入端143将输 入的20--5V之间的供电电压直接输入给第一电压输出端144和第二电压输出 端145;
步骤222，第一电压输出端144将接收到的电压输入到编码器2中，第二 电压输出端145将接收到的电压输入光电隔离脉冲分路装置需要供电的部件。 参见图16所示，本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压适配电路，由其第二输出端输出的电压，可以为整形电路的第一运算放大器和第二运算 放大器供电。
本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压式配电路，可以接收不同
的电压，利用电压分段供电的方式，将大于20V的供电电压输入第一电压输 入端，将小于20V的供电电压输入第二电压输入端，这样可以使得光电隔离 脉冲分路装置适用比较宽的供电电压。
另外，由于通常情况下编码器2与光电隔离脉冲分路装置的距离比较远， 可以在编码器2供电范围允许内，尽可能的提高光电隔离脉冲分路装置的供 电电压，由此提高了编码器2的供电电压，这样有利于提高编码器2输出信 号的抗干扰能力，也可以更远距离的传输信号。
再如图16所示，电压适配电路还包括了第二限流电阻147和五个二极管 1481、 1482、 1483、 1484、 1485。第二限流电阻147是为了限流，而五个二 极管的作用均是为了单向导通，防止电流回流。
第一限流电阻146通过第一二极管1481和第一电压输出端144相连接， 第一电压输入端141通过第二二极管1482和第二限流电阻147与稳压管142 的输入端Vin相连接，稳压管142的输出端Vout通过第三二极管1483与第 二电压输出端145相连接，第二电压输入端143通过第四二极管1484与第一 电压输出端144相连接，通过第五二极管1485与第二电压输出端145相连接。
当通过第一电压输入端141输入高电压的时候，第二电压输入端143没 有电压输入的，其中的一路高电压通过第一限流电阻146 (例如一个50Q的 电阻)进行电流限流，并通过第一二极管1481单向导通，输出到第一电压输 出端144，由第一电压输出端144对编码器2进行供电；虽然第一电压输出端 144与第二电压输入端143是相连接的，但是因为第四二极管1484的存在， 电流方向与四二极管1484是反向的，因此由第四二极管1484截止，所以是 无法输入到第二电压输入端143中的。通过第一电压输入端141输入的另一 路高电压通过第二二极管1482单向导通，再通过第二限流电阻147进行限流后输入稳压管142的输入端Vin，由稳压管142将电压稳压为15V后由输出端 Vout输出，经过第三二极管1483单向导通，输出给第二电压输出端145，由 第二电压输出端145给光电隔离脉冲分路装置的其他电路供电；虽然第二电 压输出端145与第二电压输入端143是相连接的，但是因为第五二极管1485 的存在，电流方向与五二极管1485是反向的，因此由第五二极管1485截止， 所以是无法输入到第二电压输入端143中的。
同理，当通过第二电压输入端143输入低电压的时候，第一电压输入端 141没有电压输入的，其中一路低电压通过第四二极管1484单向导通，输出 到第一电压输出端144,由第一电压输出端144对编码器2进行供电；虽然第 一电压输出端144与第一电压输入端141是相连接的，但是因为第一二极管 1481的存在，电流方向与第一二极管1481是反向的，因此由第一二极管1481 截止，所以是无法输入到第一电压输入端141中的。通过第二电压输入端143 输入的另一低电压通过第五二极管1485单向导通，输出给第二电压输出端 145，由第二电压输出端145给光电隔离脉冲分路装置的其他电路供电；虽然 第二电压输出端145与第一电压输入端141是相连接的，但是因为第三二极 管1483的存在，电流方向与第三二极管1483是反向的，因此由第三二极管 1483截止，所以是无法输入到稳压管142的输出端Vout的，而且再加之第二 二极管1482的存在，稳压管142输入端Vin输出的电流会被第二二极管1482 截止，所以电压也是无法输入到第一电压输入端141的。
这样就会保持良好的单向导通性，当由第一电压输入端141供电时，第 二电压输入端143没有电压输入，由第二电压输入端143供电时，第一电压 输入端141没有电流输入。
整形电路11、光耦电路12和两个分路电路13的具体结构和工作过程与 光电隔离脉冲分路装置实施例一相同。
本发明光电隔离脉冲分路装置实施例二的电压式配电路，可以接收不同 的电压，这样可以使得光电隔离脉冲分路装置适用比较宽的供电电压，还可以在编码器供电范围允许内，尽可能的提高光电隔离脉冲分路装置的供电电 压来提高编码器的供电电压，有利于提高编码器输出信号的抗干扰能力，也 可以更远距离的传输信号。
因为光电隔离脉冲分路装置是先进的数字信号分路设备，可以用于将增 量型编码器产生的数字脉沖信号分送给多个相互隔离的设备，具有对脉冲信 号隔离、整形、放大的作用。本申请的光电隔离脉冲分路装置提供两路互为
90度相差的编码器脉冲信号通道和一路标记脉冲通道。输入信号为差分信号 (A/AN， B/BN， Z/ZN)也可为单端信号(A， B， Z);单端或差分输入模式需 要经过一组拨码开关进行选择。输出为同样内容的两路隔离差分信号(也可 单端使用)。
以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而 已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述的方法包括对外部编码器发送的电动机测速时生成的初始脉冲信号进行整形，并输出整形后的脉冲信号；所述整形后的脉冲信号驱动光耦电路，生成一脉冲信号；将所述一脉冲信号放大后输出，根据所述一脉冲信号进行电动机测速处理。
2. 根据权利要求1所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述的 方法还包括将接收到的不同路输入的不同范围的电压适配处理成所需的不同电压， 并分路输出。
3. 根据权利要求2所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述将 接收到的不同路输入的不同范围的电压适配处理成所需的不同电压，并分路 输出具体为将接收到的电压通过限流电阻输出给所述的外部编码器，并且 将接收的电压通过稳压管后输出。
4. 根据权利要求3所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述的方法还包括将接收的工作范围的电压直接输出给所述的外部编码器和旁路 输出。
5. 根据权利要求1所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述对 外部编码器发送的电动机测速时生成的脉冲信号进行整形具体为将外部编 码器发送的电动机测速时生成的两路初始脉冲信号整形处理成两路波形为标 准方波的标准脉冲信号，并将两路标准脉冲信号输出；所述外部编码器发送 的两路初始脉冲信号的占空比与所述两路标准脉冲信号的占空比相同。
6. 根据权利要求5所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述将 外部编码器发送的电动机测速时生成的两路初始脉冲信号整形处理成两路波 形为标准方波的标准脉冲信号具体为第一运算放大器的同相输入端输入外部编码器发送的一路初始脉冲信号，反相输入端叠加输入所述的一路初始脉 冲信号和第二运算放大器输出的波形为标准方波的一路标准脉冲信号，并输 出波形为标准方波的另一路标准脉冲信号；第二运算放大器的同相输入端输 入外部编码器发送的另一路初始脉冲信号，反相输入端叠加输入所述的另一 路初始脉冲信号和所述的第一运算放大器输出的波形为标准方波的另一路标 准脉冲信号，并输出所述波形为标准方波的一路标准脉冲信号；其中所述的另一路标准脉冲信号和一路初始脉冲信号的占空比相同，所述的 一路标准脉冲信号和另一路初始脉冲信号的占空比相同。
7. 根据权利要求1所述的光电隔离脉冲分路方法，其特征在于，所述将 所述一脉冲信号放大后输出具体为将所述一脉冲信号通过多路放大后分路 输出。
8. —种光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，所述的装置包括-整形电路，用于对外部编码器发送的初始脉冲信号进行整形，并输出整形后的脉冲信号；光耦电路，用于被所述的整形电路输出的整形后的脉冲信号驱动，所述 的光耦电路再输出 一脉冲信号；分路电路，用于将所述的光耦电路输出的所述一脉冲信号放大后输出。
9. 根据权利要求8所述的光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，还包括 电压适配电路，用于将接收到的不同路输入的不同范围的电压适配处理成所 需的不同电压，分路输出给所述的外部编码器，及所述的整形电路。
10. 根据权利要求9所述的光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，所述的 电压适配电路具体用于将接收的电压通过限流电阻输出给所述的外部编码 器，并且将接收的电压通过稳压管输出给所述的整形电路。
11. 根据权利要求9所述的光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，所述的 电压适配电路具体用于将接收的工作范围的电压直接输出给所述的外部编码 器和整形电路。
12. 根据权利要求8所述的光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，所述的 整形电路具体用于将外部编码器发送的两路初始脉冲信号整形处理成两路波 形为标准方波的标准脉冲信号，并将所述标准脉冲信号输出给所述光耦电路; 所述外部编码器发送的两路初始脉冲信号的占空比与所述整形电路输出的两 路标准脉冲信号的占空比相同。
13. 根据权利要求12所述的光电隔离脉沖分路装置，其特征在于，所述 的整形电路具体包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述的第一运算放大器的同相输入端输入外部编码器发送的一路初始脉 冲信号，反相输入端叠加输入所述的一路初始脉冲信号和所述的第二运算放 大器输出的波形为标准方波的一路标准脉冲信号，并向所述的光耦电路输出 另一路标准脉冲信号；所述的第二运算放大器的同相输入端输入外部编码器发送的另一路初始 脉冲信号，反相输入端叠加输入所述的另一路初始脉冲信号和所述的第一运 算放大器输出的波形为标准方波的另一路标准脉冲信号，并向所述的光耦电 路输出所述一路标准脉冲信号；其中所述的另一路标准脉冲信号和一路初始脉冲信号的占空比相同，所述的 一路标准脉冲信号和另一路初始脉冲信号的占空比相同。
14. 根据权利要求8所述的光电隔离脉冲分路装置，其特征在于，所述的 分路电路为多个分路电路，所述的光耦电路分别与所述的多个分路电路相连 接；所述的多个分路电路中的每一个分路电路将所述的光耦电路输出的所述 一脉冲信号放大后输出。
全文摘要
本发明公开了一种光电隔离脉冲分路方法和光电隔离脉冲分路装置，方法包括对外部编码器发送的电动机测速时生成的初始脉冲信号进行整形，并输出整形后的脉冲信号；整形后的脉冲信号驱动光耦电路，生成一脉冲信号；将一脉冲信号放大后输出，根据一脉冲信号进行电动机测速处理。装置包括整形电路，用于对外部编码器发送的初始脉冲信号进行整形，并输出整形后的脉冲信号；光耦电路，整形后的脉冲信号驱动光耦电路，再输出一脉冲信号；分路电路，用于将一脉冲信号放大后输出。本发明利用整形电路对输入的脉冲信号进行整形，实现了不改变信号的占空比，从而有利于保证信号的远距离传输，提高信号的抗干扰能力，和对后续的信号的精确处理。
文档编号H03K5/00GK101615901SQ200910090019
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者淳 岳, 段纪升, 伟 毛, 王俊成 申请人:北京京诚瑞达电气工程技术有限公司