专利名称：一种浮地设备接口隔离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及浮地设备，更确切地说是涉及一种浮地设备接口隔离装置。
背景技术：
浮地设备是指设备的参考地没有和大地直接连接的设备。比如，带天线的无线固定电话和无线调制解调器都是浮地设备。
现有技术中，浮地设备通过串行接口通讯电缆与其它设备直接相连。以带有RS-232接口的浮地设备与通用串行总线(USB)接口设备相连为例，其中，RS-232是由电子工业协会(EIA)定义的串行数据通讯接口的电子与电缆链接特性的标准，是指数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准。
如图1所示，浮地设备通过RS-232接口与数字逻辑转换电路相连，数字逻辑转换电路再通过USB接口与USB接口设备相连。其中，数字逻辑转换电路将浮地设备RS-232接口输出的RS-232逻辑电平信号转换成USB接口逻辑电平信号，使浮地设备从RS-232接口输出的RS-232串行数据为USB接口所识别；数字逻辑转换电路还将USB接口逻辑电平信号转换成RS-232逻辑电平信号，使USB接口设备输出的信号为RS-232接口所识别。
由此可见，现有技术中，当使用普通的串行数据通讯电缆直接连接浮地设备的接口电路和计算机或其它有接地金属外壳设备的接口电路时，其中的数字逻辑转换电路可以位于浮地设备和计算机或其它有接地金属外壳设备的任意一侧，如果因为雷击或者其它原因使浮地设备的地电位上升，由于普通的串行数据通讯电缆无隔离作用，就会导致与浮地设备相连的设备外壳的电位随之升高，也就可能对接触到金属外壳的人员造成人身伤害，因此，使用普通的串行数据通讯电缆直接连接浮地设备和计算机或其它有接地金属外壳的设备就不能达到设备的安规标准要求。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种浮地设备接口隔离装置，实现浮地设备与通讯设备之间的信号和地线隔离，达到设备的安规标准要求。
为实现上述目的，本实用新型提供一种浮地设备接口隔离装置，该装置包括浮地设备接口电路、为浮地设备接口电路供电的浮地设备侧电源、终端设备接口电路及为终端设备接口电路供电的终端设备侧电源，该装置关键在于还包括接口隔离电路，其连接在浮地设备接口电路和终端设备接口电路之间；所述接口隔离电路同时与为其供电的浮地设备侧电源和为其供电终端设备侧电源相连。
上述方案中，所述浮地设备接口电路可以包括接口连接器和接口电平转换电路；所述接口连接器与浮地设备的数据通讯接口相连；所述浮地设备侧电源与对数据进行逻辑电平转换的接口电平转换电路相连；所述接口电平转换电路连接在接口隔离电路和接口连接器之间。其中，所述浮地设备侧电源可以为从接口连接器取出的电源，或为单独的外接电源。
另外，所述浮地设备接口电路可以为与浮地设备的数据通讯接口和接口隔离电路分别相连的接口连接器。
其中，所述接口连接器可以为RS-232接口连接器，或TTL接口连接器。
上述方案中，所述终端设备接口电路可以包括数据接收和发送控制器和终端接口连接器；所述终端设备侧电源与对数据进行电平转换的数据接收和发送控制器相连；所述终端接口连接器与有接地金属外壳的设备的数据通讯接口相连；所述数据接收和发送控制器连接在接口隔离电路和终端接口连接器之间。其中，所述终端设备侧电源为从接口连接器取出的电源，或为单独的外接电源。
上述方案中，所述接口连接器可以为RS-232接口连接器或USB接口连接器。所述接口隔离电路为光耦合隔离电路。
可见，该实用新型可以很好地实现浮地设备与通讯设备之间的信号和地线隔离，这样，不仅可以防止通讯时的共模干扰和噪音干扰，而且，当一端的浮地设备因雷电和强电导致电位上升时，另一端的通讯设备因为与之隔离而不会有电位变化，因此，可以防止设备因为电位差而损坏，也可以避免对与设备直接接触的人员造成人身伤害。同时，通过选择不同隔离电压的光耦隔离器件，还可以达到不同等级的安规要求。
图1为现有技术RS-232接口的浮地设备与USB接口设备的连接关系示意图；图2为本实用新型连接RS-232接口和USB接口的浮地设备接口隔离装置的结构原理图；图3为本实用新型连接RS-232接口和USB接口的浮地设备接口隔离装置的电路原理图；图4为本实用新型连接TTL接口和RS-232接口的浮地设备接口隔离装置的结构原理图；图5为本实用新型连接TTL接口和RS-232接口的浮地设备接口隔离装置的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型为一种浮地设备接口隔离装置，该装置包括浮地设备接口电路及其供电电源、接口隔离电路和终端设备接口电路及其供电电源。其中，浮地设备接口电路可以包括接口连接器和接口电平转换电路；终端设备接口电路可以包括接口连接器和数据接收和发送控制器。接口电平转换电路和数据接收和发送控制器都是用于进行逻辑电平转换的单元，其区别在于进行转换的逻辑电平可以不同。本实用新型中，与浮地设备相连的计算机或其它有接地金属外壳设备可以称为终端设备，相应的，与浮地设备接口电路通过接口隔离电路相连的计算机或其它有接地金属外壳设备的接口电路就是所述的终端设备接口电路。
本实用新型中，浮地设备可以通过如下类型串行数据通讯接口和其它设备进行数据通讯RS-232接口、USB接口、RS-422接口、RS-485接口、V35接口、IEEE 1394接口等。本实用新型提供的这种浮地设备接口隔离装置可以对上述串行数据通讯接口中的一种类型接口与另一种类型接口进行隔离，也可以对同一种类型的接口进行隔离。
下面以RS-232接口和USB接口隔离为例说明本实用新型的实现方案。本实施例中，浮地设备接口电路中的接口连接器为RS-232接口连接器，终端设备接口电路中的接口连接器为USB接口连接器，接口隔离电路为光耦合隔离电路。
图2为连接RS-232接口和USB接口的浮地设备接口隔离装置的结构原理图，包括RS-232接口连接器201、电源202、接口电平转换电路203、光耦合隔离电路204、数据接收和发送控制器205、电源206和USB接口连接器207。本实施例中，与浮地设备相连的RS-232接口是一种非标准RS-232接口，其接口引脚的信号内容和用途与标准RS-232接口相同，但从该接口输出的电平信号是一种晶体管-晶体管逻辑电平(TTL)信号，也是一种串行数据。采用非标准RS-232接口主要是为了节约成本。
其中，RS-232接口连接器201与浮地设备的RS-232接口相连；电源202从RS-232接口连接器201取得，用于为接口电平转换电路203和光耦合隔离电路204分别供电；接口电平转换电路203用于转换信号的逻辑电平，即将电平逻辑反相，比如，可以将逻辑为“1”、电压为2～5V的TTL电平信号转换成逻辑为“0”、电压为0～0.8V的TTL电平信号。本实施例中，由于RS-232接口连接器201和数据接收和发送控制器205的信号电平逻辑不一致，所以采用接口电平逻辑转换电路203将与其连接的两端的设备的信号电平逻辑变为一致。如果通过光耦合隔离电路204连接的两个电路的信号电平逻辑是一致的，则接口电平转换电路203可以省略。
光耦合隔离电路204通过光耦合传输数据，并对浮地设备和计算机或其它有接地金属外壳设备的串行数据进行隔离；数据接收和发送控制器205用于对RS-232串行数据和USB接口格式的串行数据进行控制和转化；电源206从USB接口连接器207取得，用于为数据接收和发送控制器205和光耦合隔离电路204分别供电；USB接口连接器207与具有USB接口的计算机或其它有接地金属外壳的设备相连。这里，上述电源也可以由外接电源提供。
如图2所示，当浮地设备发送数据时，浮地设备通过RS-232接口连接器201将TTL电平的RS-232串行数据发送给接口电平转换电路203，接口电平转换电路203对收到的TTL电平的RS-232串行数据的进行转换，并发送给光耦合隔离电路204。光耦合隔离电路204通过光耦合将TTL电平数据传输给数据接收和发送控制器205，数据接收和发送控制器205将收到的TTL电平的RS-232串行数据转化为USB接口逻辑电平的串行数据，并输出给USB接口连接器207。然后，USB接口设备通过与其相连的USB接口连接器207接收USB接口逻辑电平的串行数据。
当USB接口设备发送数据时，USB接口设备通过与USB接口相连USB接口连接器207将USB接口逻辑电平的串行数据发送给数据接收和发送控制器205，数据接收和发送控制器205将USB接口逻辑电平的串行数据转化为TTL电平的RS-232串行数据，并发送给光耦合隔离电路204。光耦合隔离电路204通过光耦合将收到的RS-232串行数据传输给接口电平转换电路203，接口电平转换电路203将收到的数据转换成需要的TTL电平的RS-232串行数据，并输出给RS-232接口连接器201。然后，浮地设备通过RS-232接口连接器201接收RS-232串行数据。这样，既实现了通讯设备之间的数据通讯，同时也实现了通讯设备之间信号和地线的隔离。
图3为本实用新型连接RS-232接口和USB接口的浮地设备接口隔离装置的电路原理图。其中，一端的RS-232接口连接器U1连接浮地设备的RS-232接口。RS-232接口连接器U1的接收数据信号线RS_TD和接收控制信号线RS_RTS通过上拉电阻与RS-232接口连接器U1的接口电源DVDD相连，RS-232接口连接器U1的发送数据信号线RS_TD和发送控制信号线RS_RTS与接口电平转换电路U2和U3分别相连，接口电平转换电路U2和U3的输出端与光耦合隔离电路U5的接收端相连。RS-232接口连接器U1的接收数据信号线RS_RD和接收控制信号线RS_CTS通过上拉电阻与RS-232接口连接器U1的接口电源DVDD相连，RS-232接口连接器U1的接收数据信号线RS_RD和接收控制信号线RS_CTS与接口电平转换电路U21和U31分别相连，接口电平转换电路U21和U31的接收端与光耦合隔离电路U4的发送端相连。从RS-232接口连接器U1输出接口电源DVDD经过上拉电阻给光耦合隔离电路U4、U5供电。D为浮地设备侧信号的公共参考点，G为计算机或其它有接地金属外壳设备的信号的公共参考点，G为公共地。
光耦合隔离电路U5的输出端与数据接收和发送控制器U6的接收端CTS_N和SIN/IR_SIN相连。光耦合隔离电路U4的接收端与数据接收和发送控制器U6的发射端RTS_N和SOUT/IR_SOUT相连。数据接收和发送控制器U6的信号线DM和DP通过上拉电阻与USB接口连接器U7的信号线DM和DP相连，其中，DM和DP分别为USB接口连接器U7的数据信号的负极和正极。从USB接口连接器U7取出+5V电压，为数据接收和发送控制器U6供电。USB接口连接器U7与带有USB接口的计算机或其它有接地金属外壳设备相连。
在本实施例中，RS-232接口连接器U1为普通的DB9串口连接器，接口电平转换电路U2、U3、U21、U31为型号为PMBT4401的NPN三极管，光耦合隔离电路U4、U5为型号为HCPL-0531的光耦隔离器，数据接收和发送控制器U6为型号为TUSD3410的数据接收和发送控制器，USB接口连接器U7为普通的USB-A接口连接器。
如图3所示，当浮地设备发送数据时，浮地设备通过RS-232接口连接器U1的发送数据信号线RS_TD和发送控制信号线RS_RTS将RS-232串行数据分别发送给接口电平转换电路U2、U3，接口电平逻辑转换电路U2、U3将RS-232接口连接器U1输出的TTL电平的RS-232串行数据变成需要的逻辑电平数据，并转发给光耦合隔离电路U5。光耦合隔离电路U5通过光耦合将收到的信号转发给数据接收和发送控制器U6的接收端CTS_N和SIN/IR_SIN，数据接收和发送控制器U6将收到的RS-232串行数据转换为USB接口逻辑电平的串行数据，相应的，通过信号线DM和DP将电平转换后的数据信号发送给USB接口连接器U7。通过USB接口连接器U7，USB接口设备接收数据。
当USB接口设备发送数据时，USB接口设备通过USB接口连接器U7的信号线DM和DP将USB接口逻辑电平串行数据发送给数据接收和发送控制器U6，数据接收和发送控制器U6将收到的USB接口逻辑电平的串行数据转换为需要的逻辑电平的RS-232串行数据，相应的，通过输出端RTS_N和SOUT/IR_SOUT将转换后的电平信号发送到光耦合隔离电路U4。光耦合隔离电路U4通过光耦合将收到的信号转发给口电平转换电路U31和U21的接收端，接口电平逻辑转换电路U31和U21将收到的逻辑电平数据变成需要的逻辑电平的RS-232串行数据，并转发到RS-232接口连接器U1的接收数据信号线RS_RD和接收控制信号线RS_CTS。浮地设备通过RS-232接口连接器U1接收数据。
下面再以TTL接口和RS-232接口隔离为例说明本实用新型的实现方案。本实施例中，浮地设备接口电路仅包含接口连接器，浮地设备接口电路中的接口连接器为TTL接口连接器，终端设备接口电路中的接口连接器为RS-232接口连接器，接口隔离电路为光耦合隔离电路，终端设备接口电路中的数据接收和发送控制器为RS-232数据接收和发送控制器。
图4为连接TTL接口和RS-232接口的浮地设备接口隔离装置的结构原理图，包括TTL接口连接器401、电源402、光耦合隔离电路404、RS-232数据接收和发送控制器405、电源406和RS-232接口连接器407。本实施例中，RS-232接口为标准的RS-232接口，从该接口输出的信号是RS-232差分电平格式的串行信号。
其中，TTL接口连接器401与浮地设备的TTL接口相连；电源402从RS-232接口连接器401取得，用于为光耦合隔离电路404供电；光耦合隔离电路404用于通过光耦合传输数据，并对浮地设备和计算机或其它有接地金属外壳设备的串行数据进行隔离；RS-232数据接收和发送控制器405是一种TTL电平与RS-232电平的转换电路，用于对RS-232差分电平格式的串行数据和TTL电平数据进行控制和转化；电源406从RS-232接口连接器407取得，用于为RS-232数据接收和发送控制器405和光耦合隔离电路404分别供电；RS-232接口连接器407与具有RS-232接口的计算机或其它有接地金属外壳设备相连。这里，上述电源也可以由外接电源提供。
如图4所示，当浮地设备发送数据时，浮地设备通过TTL接口连接器401将TTL接口电平数据发送给光耦合隔离电路404。光耦合隔离电路404通过光耦合将TTL电平数据传输给RS-232数据接收和发送控制器405，RS-232数据接收和发送控制器405将TTL电平数据转化为RS-232差分电平格式的串行数据，并输出给RS-232接口连接器407。其中，为RS-232数据接收和发送控制器405供电的电源406从RS-232接口连接器407取得。然后，RS-232接口连接器407将RS-232格式的串行数据发送给与其相连的具有RS-232接口的计算机或其它有接地金属外壳设备。
当具有RS-232接口的计算机或其它有接地金属外壳的设备发送数据时，RS-232接口设备通过RS-232接口连接器407将RS-232差分电平格式的串行数据发送给RS-232数据接收和发送控制器405，RS-232数据接收和发送控制器405将RS-232差分电平格式的串行数据转化为TTL电平数据，并发送给光耦合隔离电路404。光耦合隔离电路404通过光耦合将TTL电平数据传输给TTL接口连接器401。浮地设备通过TTL接口连接器401接收数据。这样，就实现了通讯设备之间的数据通讯，同时也实现了通讯设备之间信号和地线的隔离。
图5为本实用新型连接TTL接口和RS-232接口的浮地设备接口隔离装置的电路原理图。其中，一端的TTL电平接口连接器U8连接浮地设备，TTL电平接口连接器U8的发送数据信号线TTL_TD和发送控制信号线TTL_RTS与光耦合隔离电路U9相连。TTL电平接口连接器U8的接收数据信号线TTL_RD和接收控制信号线TTL_CTS经过上拉电阻与TTL电平接口连接器U8接口电源DVDD相连，TTL电平接口连接器U8的接收数据信号线TTL_RD和接收控制信号线TTL_CTS与光耦合隔离电路U10相连。从TTL电平接口连接器U8输出接口电源DVDD给光耦合隔离电路U9、U10供电。
光耦合隔离电路U9的输出端与RS-232数据接收和发送控制器U11的接收端T1IN和T2IN相连，光耦合隔离电路U10的接收端与RS-232数据接收和发送控制器U11的输出端R1OUT和R2OUT相连。电源U12从RS-232接口连接器U13的控制信号RS_RTS和控制信号RS_DTR取得电源，控制信号RS_RTS和控制信号RS_DTR经过整流二极管后连接到电源U12的输入端IN，电源U12将输入端IN的电压变换为+5V电压VDD，经过输出端OUT给RS-232数据接收和发送控制器U11供电。由于控制信号RS_RTS和RS_DTR是RS-232差分电平输出，所以这两个信号能够为RS-232数据接收和发送控制器U11提供一定的电源功率。
RS-232数据接收和发送控制器U11通过RS-232接口连接器U13与计算机或其他有接地金属外壳设备相连。RS-232数据接收和发送控制器U11的接收端R1IN和R2IN与RS-232接口连接器U13的发送数据信号线TTL_TD和发送控制信号线TTL_RTS分别相连，RS-232数据接收和发送控制器U11的输出端T1OUT和T2OUT与RS-232接口连接器U13的接收数据信号线RS_RD和接收控制信号线RS_CTS分别相连，RS-232接口连接器U13与具有RS-232接口的计算机或其它有接地金属外壳设备相连。
在本实施例中，TTL接口连接器U8为普通的DB9串口连接器，光耦合隔离电路U9、U10为型号为HCPL-0531的光耦隔离器，RS-232数据接收和发送控制器U11为型号为MAX3232E的RS-232接口收送器，电源U12为型号为LP2985的DC-DC电压调整器，RS-232接口连接器U13为普通的DB9串口连接器。
如图5所示，当浮地设备发送数据时，浮地设备通过TTL电平接口连接器U8发送TTL电平数据，TTL电平接口连接器U8通过发送数据信号线TTL_TD和发送控制信号线TTL_RTS将收到的数据发送到光耦合隔离电路U9的接收端。光耦合隔离电路U9通过光耦合将收到的数据和控制信号转发到RS-232数据接收和发送控制器U11的接收端T1IN和T2IN，RS-232数据接收和发送控制器U11将接收到的TTL电平数据转换为RS-232差分电平数据，相应地，通过发送端T1OUT和T2OUT将RS-232差分电平数据发送到RS-232接口连接器U13的接收数据信号线RS_RD和接收控制信号线RS_CTS。计算机或其它有接地金属外壳的设备，通过RS-232接口连接器U13接收数据。
当计算机或其它有接地金属外壳设备发送数据时，计算机或其它设备通过RS-232接口连接器U13的发送数据信号线TTL_TD和发送控制信号线TTL_RTS将数据信号和控制信号发送给RS-232数据接收和发送控制器U11的接收端R1IN和R2IN，RS-232数据接收和发送控制器U11将收到的RS-232差分电平格式的串行数据转换为TTL接口电平数据，相应地，通过输出端R1OUT和R2OUT将TTL接口电平数据发送给光耦合隔离电路U10的接收端。光耦合隔离电路U10通过光耦合将收到的TTL电平数据传输到TTL电平接口连接器U8的接收数据信号线TTL_RD和接收控制信号线TTL_CTS。通过TTL电平接口连接器U8，浮地设备接收计算机或其它有接地金属外壳设备发送来的数据。
本实用新型可以位于浮地设备内部的接口侧，还可以位于连接浮地设备和计算机或其它设备的串行数据通讯电缆上。
由此可见，如上所述的浮地设备接口隔离装置，可以在浮地设备和计算机或其它有接地金属外壳设备之间传输数据，同时也可以实现浮地设备和另一端的计算机或其它有接地金属外壳设备的串行数据的隔离。也就是说，当一端的浮地设备因雷电和强电导致电位上升时，另一端的通讯设备因为与之隔离而不会有电位变化，因此可以避免造成人身伤害。同时，通过选择不同隔离电压的光耦隔离器件，还可以达到不同等级的安规要求。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种浮地设备接口隔离装置，包括浮地设备接口电路、为浮地设备接口电路供电的浮地设备侧电源、终端设备接口电路及为终端设备接口电路供电的终端设备侧电源，其特征在于，该装置还包括接口隔离电路，其连接在浮地设备接口电路和终端设备接口电路之间；所述接口隔离电路同时与为其供电的浮地设备侧电源和为其供电终端设备侧电源相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮地设备接口电路包括接口连接器和接口电平转换电路；所述接口连接器与浮地设备的数据通讯接口相连；所述浮地设备侧电源与对数据进行逻辑电平转换的接口电平转换电路相连；所述接口电平转换电路连接在接口隔离电路和接口连接器之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述浮地设备侧电源为从接口连接器取出的电源，或为单独的外接电源。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮地设备接口电路为与浮地设备的数据通讯接口和接口隔离电路分别相连的接口连接器。
5.根据权利要求1或2或4所述的装置，其特征在于，所述接口连接器为RS-232接口连接器，或TTL接口连接器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述终端设备接口电路包括数据接收和发送控制器和终端接口连接器；所述终端设备侧电源与对数据进行电平转换的数据接收和发送控制器相连；所述终端接口连接器与有接地金属外壳的设备的数据通讯接口相连；所述数据接收和发送控制器连接在接口隔离电路和终端接口连接器之间。
7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述终端设备侧电源为从接口连接器取出的电源，或为单独的外接电源。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述接口连接器为RS-232接口连接器，或USB接口连接器。
9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的装置，其特征在于，所述接口隔离电路为光耦合隔离电路。
专利摘要本实用新型公开了一种浮地设备接口隔离装置，该装置包括浮地设备接口电路、为浮地设备接口电路供电的浮地设备侧电源、终端设备接口电路、为终端设备接口电路供电的终端设备侧电源和连接在浮地设备接口电路和终端设备接口电路之间的接口隔离电路。该实用新型可以很好地实现浮地设备与通讯设备之间的信号和地线隔离，当一端的浮地设备因雷电和强电导致电位上升时，另一端的通讯设备因为与之隔离而不会有电位变化，可以避免造成人身伤害。同时，通过选择不同隔离电压的光耦隔离器件，还可以达到不同等级的安规要求。
文档编号H04L29/00GK2706976SQ20042005982
公开日2005年6月29日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者曾德新, 牛彦凯, 何海平 申请人:华为技术有限公司