一种增量式编码器输出信号的调理电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了增量式编码器输出信号的调理电路，包括：与增量式编码器的信号输出端连接，在增量式编码器的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时对输出信号进行限流处理的限流电路；与限流电路连接的光耦隔离电路，光耦隔离电路在限流电路输出电流信号时输出低电平信号，在限流电路未输出电流信号时输出高电平信号，光耦隔离电路包括光电耦合器；与光耦隔离电路连接，对光耦隔离电路输出的信号进行信号倒相和电平转换的信号转换电路。本实用新型公开的调理电路能够支持宽电压输入，并且可以支持多种类型的输入信号。
【专利说明】—种增量式编码器输出信号的调理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于信号处理【技术领域】，尤其涉及一种增量式编码器输出信号的调理电路。
【背景技术】
[0002]增量式编码器是将位移转换成周期性电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移大小的设备。增量式编码器通常是和电机安装在一起的，这导致编码器输出的信号会存在严重干扰，因此要对信号进行调理后再传输至微控制器。
[0003]目前针对增量式编码器输出信号的调理主要是通过差分芯片电路、光耦隔离电路或者数字滤波电路实现的。但是，现有的信号调理方式都不能支持宽电压输入。因此，如何提供一种可以支持宽电压输入的调理电路，是本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种增量式编码器输出信号的调理电路，可以支持宽电压输入。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]本实用新型公开一种增量式编码器输出信号的调理电路，包括:
[0007]与增量式编码器的信号输出端连接，在所述增量式编码器的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时对所述输出信号进行限流处理的限流电路；
[0008]与所述限流电路连接的光耦隔离电路，所述光耦隔离电路在所述限流电路输出电流信号时输出低电平信号，在所述限流电路未输出电流信号时输出高电平信号，所述光耦隔离电路包括光电耦合器；
[0009]与所述光耦隔离电路连接，对所述光耦隔离电路输出的信号进行信号倒相和电平转换的信号转换电路。
[0010]优选的，在上述调理电路中，所述限流电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第
一稳压二极管和第一三极管，所述第一三极管为PNP型三极管；
[0011]所述第一电阻的第一端连接至所述增量式编码器的正信号输出端，所述第一电阻的第二端连接至所述第一三极管的发射极；
[0012]所述第二电阻的第一端连接至所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的第二端连接至所述第一三极管的基极；
[0013]所述第三电阻的第一端连接至所述第一三极管的基极，所述第三电阻的第二端连接至所述增量式编码器的负信号输出端；
[0014]所述第一稳压二极管的阴极连接至所述第一电阻的第一端、阳极连接至所述第一二极管的基极；
[0015]所述第一三极管的集电极作为所述限流电路的输出端与所述光耦隔离电路连接。
[0016]优选的，在上述调理电路中，所述限流电路还包括第一电容和第二电容；[0017]所述第一电容并联在所述第二电阻的两端；
[0018]所述第二电容串联在所述第三电阻的两端。
[0019]优选的，在上述调理电路中，所述光耦隔离电路包括光电耦合器、第四电阻和第五电阻；
[0020]所述光电耦合器的第一输入端连接至所述限流电路的输出端，所述光电耦合器的第二输入端连接至所述增量式编码器的负信号输出端，所述光电耦合器的第一输出端接地，所述光电耦合器的第二输出端通过所述第五电阻连接至直流电源，并且所述光电耦合器的第二输出端作为所述光耦隔离电路的输出端与所述信号转换电路连接；
[0021]所述第四电阻的第一端连接至所述光电耦合器的第一输入端，所述第四电阻的第二端连接至所述光电耦合器的第二输入端。
[0022]优选的，在上述调理电路中，所述光电耦合器包括作为发光器的发光二极管、作为受光器的光敏二极管，以及第二三极管，所述第二三极管为NPN型三极管；
[0023]所述发光二极管的阳极连接至所述限流电路的输出端，所述发光二极管的阴极连接至所述增量式编码器的负信号输出端；
[0024]所述光敏二极管的阴极连接至所述直流电源，所述光敏二极管的阳极连接至所述
第二三极管的基极；
[0025]所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻连接至所述直流电源。
[0026]优选的，在上述调理电路中，所述光耦隔离电路还包括第三电容、第四电容和第五电容；
[0027]所述第三电容并联在所述第四电阻的两端；
[0028]所述直流电源通过所述第四电容接地；
[0029]所述第二三极管的集电极通过所述第五电容接地。
[0030]优选的，在上述调理电路中，所述信号转换电路包括第六电阻、第六电容和反相器；
[0031]所述第六电阻的第一端连接至所述光耦隔离电路的输出端，所述第六电阻的第二端通过所述第六电容接地；
[0032]所述反相器的输入端连接至所述第六电阻的第二端，所述反相器的输出端作为所述信号转换电路的输出端。
[0033]优选的，上述调理电路还包括连接在所述增量式编码器的信号输出端与所述限流电路之间的端口电路，所述端口电路包括第二稳压二极管、第三稳压二极管和二极管；
[0034]所述第二稳压二极管的阴极连接至所述增量式编码器的正信号输出端、阳极接地；所述第三稳压二极管的阴极连接至所述增量式编码器的负信号输出端、阳极接地；
[0035]所述二极管的阳极连接至所述增量式编码器的正信号输出端，所述二极管的阴极作为所述端口电路的输出端与限流电路的输入端相连。
[0036]优选的，在上述调理电路中，所述端口电路还包括第七电阻；所述第七电阻的第一端连接至所述二极管的阳极，所述第七电阻的第二端连接至所述增量式编码器的负信号输出端。
[0037]由此可见，本实用新型的有益效果为:本实用新型公开的增量式编码器输出信号的调理电路，包括限流电路、光耦隔离电路和信号转换电路，当增量式编码器的输出信号的电压过高时，也就是在增量式编码器的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时，限流电路对该输出信号进行限流处理，以降低流入光耦隔离电路的电流，保证光耦隔离电路的正常运行，光耦隔离电路在限流电路输出电流信号时输出低电平信号，在限流电路未输出电流信号时输出高电平信号，之后经过信号转换电路的信号倒相和电平转换处理，输出与微控制器适配的信号。本实用新型公开的增量式编码器输出信号的调理电路，限流电路可以在增量式编码器的输出信号的电压较高时对其进行限流处理，以保证光耦隔离电路能够正常运行，因此本实用新型公开的调理电路能够支持宽电压输入，并且可以支持多种类型的输入信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本实用新型公开的一种增量式编码器输出信号的调理电路的结构示意图；
[0040]图2为本实用新型公开的一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图；
[0041]图3为本实用新型公开的另一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图；
[0042]图4为本实用新型公开的另一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图。
【具体实施方式】
[0043]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0044]本实用新型公开一种增量式编码器输出信号的调理电路，可以支持宽电压输入。
[0045]参见图1，图1为本实用新型公开的增量式编码器输出信号的调理电路的结构示意图。该调理电路包括限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300。
[0046]其中:
[0047]限流电路100与增量式编码器00的信号输出端连接，用于在增量式编码器00的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时，对增量式编码器00的输出信号进行限流处理。
[0048]当增量式编码器00的输出信号的电压值较高时，也就是调理电路为宽电压输入时，该宽电压输入信号会产生大电流，如果不对该信号进行任何处理的直接传输至调理电路中的相应模块(如光耦隔离电路中的光电耦合器，差分芯片电路中的差分芯片，数字滤波电路中的数字滤波器)，会导致相应的模块无法正常工作，甚至是损毁。因此，现有的调理电路是无法支持宽电压输入的。而在本实用新型中，限流电路100在增量式编码器00的输出信号的电压较高时，也就是在增量式编码器00的输出信号的电流大于光电稱合器的额定电流时，可以对增量式编码器OO的输出信号进行限流处理，从而保证光耦隔离电路200可以正常工作。
[0049]这里需要说明的是，增量式编码器00可以为任意类型，如电压输出型增量编码器、集电极开路输出型增量编码器、推拉互补输出型增量编码器和长线驱动输出型增量编码器。
[0050]光耦隔离电路200与限流电路100连接，光耦隔离电路200包括一光电耦合器，光耦隔离电路200在限流电路100输出电流信号时输出低电平信号，在限流电路100未输出电流信号时输出高电平信号。光I禹隔离电路200对输入信号和输出信号进行电气隔离,提闻系统的抗干扰能力。
[0051]信号转换电路300与光耦隔离电路200连接，对光耦隔离电路200输出的信号进行信号倒相和电平转换。信号转换电路300的输出端作为调理电路的输出端，连接至微控制器。
[0052]本实用新型公开的增量式编码器输出信号的调理电路，包括限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300，当增量式编码器00的输出信号的电压过高时，也就是在增量式编码器00的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时，限流电路100对该输出信号进行限流处理，以降低流入光耦隔离电路200的电流，保证光耦隔离电路200的正常运行，光耦隔离电路200在限流电路100输出电流信号时输出低电平信号，在限流电路100未输出电流信号时输出高电平信号，之后经过信号转换电路300的信号倒相和电平转换处理，输出与微控制器适配的信号。本实用新型公开的增量式编码器输出信号的调理电路，限流电路100可以在增量式编码器的输出信号的电压较高时对其进行限流处理，以保证光耦隔离电路200能够正常运行，因此本实用新型公开的调理电路能够支持宽电压输入，并且可以支持多种类型的输入信号。
[0053]实施中，限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300具有多种结构，下面将结合图2和图3进行说明。
[0054]参见图2，图2为本实用新型公开的一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图。该调理电路包括限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300。
[0055]其中:
[0056]限流电路100包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一稳压二极管Zl和
第一三极管Ql，第一三极管Ql为PNP型三极管。
[0057]第一电阻Rl的第一端连接至增量式编码器00的正信号输出端Al+，第一电阻Rl的第二端连接至第一三极管Ql的发射极。第二电阻R2的第一端连接至第一三极管Ql的发射极，第二电阻R2的第二端连接至第一三极管Ql的基极。第三电阻R3的第一端连接至第一三极管Ql的基极，第三电阻R3的第二端连接至增量式编码器00的负信号输出端Al-。第一稳压二极管Zl的阴极连接至第一电阻Rl的第一端、阳极连接至第一三极管Ql的基极。第一三极管Ql的集电极作为限流电路100的输出端与光耦隔离电路200连接。其中，第一电阻Rl起到限流作用，而第二电阻R2和第三电阻R3构成分压电路。
[0058]光稱隔离电路200包括光电稱合器PC1、第四电阻R4和第五电阻R5。
[0059]光电耦合器PCl的第一输入端连接至限流电路100的输出端(也就是第一三极管Ql的集电极)，光电耦合器PCl的第二输入端连接至增量式编码器00的负信号输出端Al-，光电I禹合器PCl的第一输出端接地，光电I禹合器PCl的第二输出端通过第五电阻R5连接至直流电源(以+5V标不)，并且光电I禹合器PCl的第二输出端作为光I禹隔离电路200的输出端与信号转换电路300连接。第四电阻R4的第一端连接至光电耦合器PCl的第一输入端，第四电阻R4的第二端连接至光电耦合器PCl的第二输入端。其中，第四电阻R4作为光电耦合器PCl的原边电荷泄放通道。
[0060]作为优选方案，光稱隔离电路200中的光电稱合器PCl米用高速光电稱合器。图2中的光电稱合器PCl即为一种高速光电稱合器。
[0061]该高速光电稱合器包括作为发光器的发光二极管、作为受光器的光敏二极管，以及第二三极管，其中，第二三极管为NPN型三极管。发光二极管的阳极作为光电耦合器PCl的第一输入端、连接至限流电路100的输出端，发光二极管的阴极作为光电耦合器PCl的第二输入端、连接至增量式编码器00的负信号输出端Al-，光敏二极管的阴极连接至直流电源，光敏二极管的阳极连接至第二三极管的基极。第二三极管的发射极作为光电耦合器PCl的第一输出端接地，第二三极管的集电极作为光电I禹合器PCl的第二输出端、通过第五电阻R5连接至直流电源。
[0062]信号转换电路300包括第六电阻R6、第六电容C6和反相器U1。
[0063]第六电阻R6的第一端连接至光耦隔离电路200的输出端(也就是光电耦合器PCl的第二输出端)，第六电阻R6的第二端通过第六电容C6接地。反相器Ul的输入端连接至第六电阻R6的第二端，反相器Ul的输出端作为信号转换电路200的输出端、连接至微处理器。其中第六电阻R6和第六电容C6构成滤波电路。
[0064]下面对图2所示调理电路的工作过程进行说明。
[0065]由于第二电阻R2和第三电阻R3的分压作用，第一三极管Ql的基极和发射极之间的电压Vbe〈0。由于光电稱合器PCl在导通时,其原边压降随着输入电流变化较小，因此第一三极管Ql的集电极电压Vc基本比较稳定。
[0066]当增量式编码器00的输出信号的电压较低时，也就是调理电路的输入信号的电压较低时，第一三极管Ql的基极和集电极之间的电压Vbc〈0，此时，三极管Ql工作在饱和区，光电稱合器PCl原边的电流随着输入电压的升高而增大。由于输入信号的电压较低，因此光电耦合PCl的原边电流也较小。
[0067]随着输入电压的升高，第一稳压二极管Zl将会起作用。当第一稳压二极管Zl起作用时，会将第一电阻Rl和第二电阻R2之间的电压稳定在一个值(应用时第一稳压二极管Zl为5.1V)，即稳定第一三极管Ql的Vbe，第一三极管Ql工作在放大区，使第一三极管Ql的基极电流Ib稳定，从而稳定第一三极管Ql的发射极电流Ic，起到限流作用，此时光电耦合器PCl的原边电流不再随着输入电压的升高而增大。
[0068]当限流电路100输出电流信号时，光电耦合器PCl中的第二三极管导通，其集电极的电位被拉低至0V，经过反相器Ul的信号倒相和电平转换，输出与微处理器适配的高电平信号，通常为3.3V电压信号。
[0069]当限流电路100未输出电流信号时，光电耦合器PCl中的发光二极管中无电流流过，此时光电耦合器PCl中的第二三极管关断，其集电极的电位被第五电阻R5上拉至高电位，经过反相器Ul的信号倒相和电平转换，输出OV电压信号。
[0070]实施中，可以对图2所示调理电路进一步进行结构改进，以增强其滤波性能。[0071]参见图3，图3为本实用新型公开的另一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图。该调理电路包括限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300。下面仅就与图2所示调理电路的区别进行说明。
[0072]限流电路100还包括第一电容Cl和第二电容C2。其中，第一电容Cl并联在第二电阻R2的两端，第二电容C2串联在第三电阻R3的两端。第一电阻Rl和第一电容Cl构成RC滤波电路，第二电阻R2和第二电容C2构成RC滤波电路，用于滤除输入信号中的杂波。
[0073]光耦隔离电路200还包括第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5。其中，第三电容C3并联在第四电阻R4的两端，直流电源通过第四电容C4接地，第二三极管的集电极通过第五电容C5接地。第三电容C3起到滤波作用，第四电容C4和第五电容C5为去耦电容。
[0074]参见图4，图4为本实用新型公开的另一种增量式编码器输出信号的调理电路的电路图。该调理电路包括限流电路100、光耦隔离电路200、信号转换电路300和端口电路400。这里着重对端口电路400进行说明，限流电路100、光耦隔离电路200和信号转换电路300请参见上文描述。
[0075]端口电路400连接在增量式编码器00的信号输出端与限流电路100之间，主要包括第二稳压二极管Z2、第三稳压二极管Z3和二极管Dl。
[0076]其中:
[0077]第二稳压二极管Z2的阴极连接至增量式编码器00的正信号输出端Al+、阳极接地。第三稳压二极管Z3的阴极连接至增量式编码器00的负信号输出端Al-、阳极接地。第二稳压二极管Z2和第三稳压二极管Z3用于将端口电压钳位到安全的电压范围。
[0078]二极管Dl的阳极连接至增量式编码器00的正信号输出端Al+，二极管Dl的阴极作为端口电路400的输出端、连接至限流电路100的输入端，也就是连接至第一电阻Rl的第一端。二极管Dl用于防止输入信号反接。
[0079]作为优选方案，还可以在端口电路400中设置第七电阻R7，该第七电阻R7的第一端连接至二极管Dl的阳极，第七电阻R7的第二端连接至增量式编码器00的负信号输出端Al-。第七电阻R7主要用于吸收差分信号的反射电流。
[0080]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0081]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种增量式编码器输出信号的调理电路，其特征在于，包括: 与增量式编码器的信号输出端连接，在所述增量式编码器的输出信号的电流大于光电耦合器的额定电流时对所述输出信号进行限流处理的限流电路； 与所述限流电路连接的光耦隔离电路，所述光耦隔离电路在所述限流电路输出电流信号时输出低电平信号，在所述限流电路未输出电流信号时输出高电平信号，所述光I禹隔离电路包括光电稱合器； 与所述光耦隔离电路连接，对所述光耦隔离电路输出的信号进行信号倒相和电平转换的信号转换电路。
2.根据权利要求1所述的调理电路，其特征在于，所述限流电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管和第一三极管，所述第一三极管为PNP型三极管； 所述第一电阻的第一端连接至所述增量式编码器的正信号输出端，所述第一电阻的第二端连接至所述第一三极管的发射极； 所述第二电阻的第一端连接至所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的第二端连接至所述第一三极管的基极； 所述第三电阻的第一端连接至所述第一三极管的基极，所述第三电阻的第二端连接至所述增量式编码器的负信号输出端； 所述第一稳压二极管的阴极连接至所述第一电阻的第一端、阳极连接至所述第一三极管的基极； 所述第一三极管的集电极作为所述限流电路的输出端与所述光耦隔离电路连接。
3.根据权利要求2所述的调理电路，其特征在于，所述限流电路还包括第一电容和第二电容； 所述第一电容并联在所述第二电阻的两端； 所述第二电容串联在所述第三电阻的两端。
4.根据权利要求2或3所述的调理电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光电耦合器、第四电阻和第五电阻； 所述光电耦合器的第一输入端连接至所述限流电路的输出端，所述光电耦合器的第二输入端连接至所述增量式编码器的负信号输出端，所述光电耦合器的第一输出端接地，所述光电耦合器的第二输出端通过所述第五电阻连接至直流电源，并且所述光电耦合器的第二输出端作为所述光耦隔离电路的输出端与所述信号转换电路连接； 所述第四电阻的第一端连接至所述光电耦合器的第一输入端，所述第四电阻的第二端连接至所述光电耦合器的第二输入端。
5.根据权利要求4所述的调理电路，其特征在于，所述光电耦合器包括作为发光器的发光二极管、作为受光器的光敏二极管，以及第二三极管，所述第二三极管为NPN型三极管； 所述发光二极管的阳极连接至所述限流电路的输出端，所述发光二极管的阴极连接至所述增量式编码器的负信号输出端； 所述光敏二极管的阴极连接至所述直流电源，所述光敏二极管的阳极连接至所述第二二极管的基极； 所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻连接至所述直流电源。
6.根据权利要求5所述的调理电路，其特征在于，所述光耦隔离电路还包括第三电容、第四电容和第五电容； 所述第三电容并联在所述第四电阻的两端； 所述直流电源通过所述第四电容接地； 所述第二三极管的集电极通过所述第五电容接地。
7.根据权利要求4所述的调理电路，其特征在于，所述信号转换电路包括第六电阻、第六电容和反相器； 所述第六电阻的第一端连接至所述光耦隔离电路的输出端，所述第六电阻的第二端通过所述第六电容接地； 所述反相器的输入端连接至所述第六电阻的第二端，所述反相器的输出端作为所述信号转换电路的输出端。
8.根据权利要求7所述的调理电路，其特征在于，还包括连接在所述增量式编码器的信号输出端与所述限流电路之间的端口电路，所述端口电路包括第二稳压二极管、第三稳压二极管和二极管； 所述第二稳压二极管的阴极连接至所述增量式编码器的正信号输出端、阳极接地；所述第三稳压二极管的阴极连接至所述增量式编码器的负信号输出端、阳极接地； 所述二极管的阳极连接至所述增量式编码器的正信号输出端，所述二极管的阴极作为所述端口电路的输出端与所述限流电路的输入端相连。
9.根据权利要求8所述的调理电路，其特征在于，所述端口电路还包括第七电阻； 所述第七电阻的第一端连接至所述二极管的阳极，所述第七电阻的第二端连接至所述增量式编码器的负信号输出端。
【文档编号】G01D5/244GK203657820SQ201320884335
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】张广志, 唐益宏 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司