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报告人：晁慧丽 导 师：季振山 研究员 2009 .11 .4

ASIPP. 1MHz 模拟量高速光电隔离的研制. 报告人：晁慧丽 导 师：季振山 研究员 2009 .11 .4. ASIPP. 报告主要内容. 一、论文的研究意义和目标 二、论文研究进展情况 三、存在的问题和下步工作 四、文章发表情况 五、文献阅读. ASIPP. 一、论文研究的意义和目标. （ 1 ）解决传输模拟信号时各个系统的地电位不同造成的问题 （ 2 ）光耦传输模拟信号的实现相对复杂，要考虑频率响应， 线性度，信号输入范围，本底噪声等诸多因素，论文研究的 目标在于综合协调这些影响因素

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报告人：晁慧丽 导 师：季振山 研究员 2009 .11 .4

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Presentation Transcript

  1. ASIPP 1MHz模拟量高速光电隔离的研制 报告人：晁慧丽 导 师：季振山 研究员 2009 .11 .4

  2. ASIPP 报告主要内容 一、论文的研究意义和目标 二、论文研究进展情况 三、存在的问题和下步工作 四、文章发表情况 五、文献阅读

  3. ASIPP 一、论文研究的意义和目标 （1）解决传输模拟信号时各个系统的地电位不同造成的问题 （2）光耦传输模拟信号的实现相对复杂，要考虑频率响应， 线性度，信号输入范围，本底噪声等诸多因素，论文研究的 目标在于综合协调这些影响因素 （3）与以往光电隔离传输信号一般为几十K至几百K，论文要 达到模拟信号高速传输，-3dB带宽高于1MHz

  4. ASIPP 二、论文研究进展情况 研究内容： （1）光电耦合器的工作特性和缺陷 （2）克服缺陷的电路设计

  5. ASIPP （1）光电耦合器的工作特性和缺陷： 光耦具有非线性和随温度变化的特性，必然会带来失真；另一方面，光耦自身存在分布电容，光电耦合器的频率特性就越差，传输延时也越长。 合理设计外围电路，克服光耦的非线性，并保证足够的幅度范围，较高的频率响应和尽量小的噪声。

  6. ASIPP （2）克服缺陷的电路设计 采用模块化组合的设计思想，利用高速光耦，完全差分放大器和仪表放大器，设计了该电路。整体电路图如下： 单端输入信号转为差分信号 光电隔离 差分信号转为单端输出信号 • 静态工作点设置 图 1 电路整体框架图

  7. ASIPP 各部分电路和器件选择： （1）单端信号输入转为差分信号电路 主要器件：THS4151，高速，低噪音的完全差分放大器 （2）光电隔离电路 主要器件：6N136，速度高，线性较好 （3）静态工作点设置电路 主要器件：运放OP27，50K电位器和合适阻值电阻； 要求电阻误差小 （4）差分信号转单端信号电路 主要器件：INA103，低噪音，高共模抑制比仪表放大器， 频带很宽；电位器 此外，电容：要求漏电小、温度和电介质特性稳定性好。

  8. ASIPP 电路设计图 静态工作点设置 偏置调节电路 单端输入转 差分传输 差分信号转单端输出 光电隔离

  9. ASIPP 测试结果： 电路测试主要有四个方面： （1）能否进行1：1准确隔离，即线性度如何（2）能否达到较高的速度（3）本底噪声特性如何（4）传输信号的幅度范围 经测试，有以下结果： （1）线性度较好， -5V-+5V的电压信号中取样，测量数据见下表1；在有效的输入范围内，线性误差小于1% （2） -3dB带宽可达1.2MHz，实现了较高的速度；见图2 （3）本底噪声小于20mv，基本满足应用要求；见图3 （4）该电路可以对幅值-5V-+5V，频率在400KHZ以下的电压信号进行1：1传输；见图4和图5

  10. ASIPP 表1 输入Vin，输出Vo和输出误差△V测试

  11. ASIPP 台面测试： 输入CH1幅值为8.40V 输出CH2幅值为6.6V 二者的频率为1.2Mhz 噪声峰峰值17.6mv 图2 -3dB 带宽测试 图3 本底噪声测试

  12. ASIPP 台面测试： 输入CH1幅值为80.8mv 输入CH1幅值为5.04V 输出CH2幅值4.72V 输出CH2幅值81.6mv 图5 大信号测试 f=400Khz 图4 小信号测试 f=400Khz 单位：ms

  13. ASIPP 三、存在问题及下步工作 存在问题 如何在不增大本底噪声的同时，进一步扩大信号的输入范围 下步工作 （1）研究并改进光电隔离之后的射随放大电路，因为噪声主要是在这一部分引入的，尽量降低此部分的噪声 （2）选用噪声特性更好，共模抑制比更高的差分仪表放大器，尽量在此部分恢复有用信号的同时，减弱噪声

  14. ASIPP 四、文章发表情况 《1MHz模拟量高速光电隔离的研制》 计算机测量与控制已录用

  15. ASIPP 五、阅读文献 [1] 沈洁.基于NetBox的远程控制信号调理器及高压线性光电隔离的研制[D].中国科学院等离子体物理研究所，2005 [2]吕勇军.数据采集系统中的隔离技术[J].国外电子测量技术，2003年增刊：67-68 [3] 后鹏，丁国清.模拟量线性光电隔离的新设计[J].电子测量技术，2009，32（1）：11-12 [4] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社，2006，159 [5] 张邵华，施红军，林言方.光电耦合隔离放大器的频率响应研究[J].半导体光电，2003，24（1）:58-59 [6] 王继业,钮金真,王东明.一种新颖的模拟信号光电隔离方法[J].仪表技术与传感器,2003,10(1):38-39 [7]秦伟刚.光电耦合隔离技术与应用[J].仪器仪表学报，2006，27（6）：20-22 [8]付丽娟，杨景之.光耦合器组成的模拟信号放大电路分析与设计[J].电子测试，2008，3（3）：79-80 [9]赵向华，高军，王兆安.一种实用的线性隔离检测电路[J].电源技术应用，2008，11（11）：48-49 [10]王琳,陈松立,季海涛,陈婕.一种高精度光电隔离方法的设计与实现[J].测控技 术,2008,12:43-44

  16. ASIPP 谢 谢 ！

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