摘要：在电路设计中，数字信号的隔离传输电路是比较常用电路之一，一般的磁耦合隔离电路只适合于传输高频信号，对于低频或直流信号划无能为力。为了实现磁耦合隔离电路传输低频信号的功能，用一串窄脉冲代表数字信号的状态改变，以窄脉冲的磁隔离传输代替低频数字信号的磁隔离传输，以上电复位电路确定磁隔离传输电路的初始状态，在确定的初始状态和信号状态变化脉冲的共同作用下，在磁隔离电路的输出端完整恢复需要传输的数字信号，从而实现低频或直流信号的磁耦隔离传输。使用该设计可以拓展磁耦合隔离技术的应用领域，降低电路功耗。
关键词：磁耦合隔离；脉冲变压器；CPLD；VHDL
在医疗设备、工业控制、高精度数据采集、长距离通信、高低压混合系统等电路设计中，经常要用到隔离电路，一般来说，常用的隔离方式有光耦合隔离和磁耦合隔离两种，光耦合隔离方式适合传输低频信号和直流信号，但功耗较大；磁耦合隔离方式适合传输高频信号，不能用于直流或低频信号的传输，且需要对隔离输出信号整形后才能为接收数字电路使用，但其功耗较小。
然而在大多数的隔离电路设计实践中，往往既需要隔离传输低频信号甚至是直流，又需要传输几兆赫兹以上的高频信号。例如在隔离数据采集电路中，需要隔离的信号有ADC的控制信号(直流电平)、ADC工作时钟信号(几兆甚至更高频率的信号)，在这样的应用条件下，如果单用光耦合隔离方式或磁耦合隔离方式都很难满足电路的工作要求。两种隔离方式组合工作又会使电路设计复杂，增加系统功耗。因此在数字宽频隔离电路的设计中，要么选用响应频率更高的光耦合隔离器件(同时带来功耗增加、成本上升、时序调试困难等缺点)，要么设法解决磁耦合隔离器件不能传输低频信号的问题。
本文通过对磁耦合隔离原理的分析，提出一种磁耦合隔离电路改进方法，采用此方法后，可以使磁耦合隔离电路即能传输高频信号，又能准确恢复低频信号，从而很好的解决了磁耦合隔离电路不能传输低频信号的问题，拓展磁耦合隔离电路的应用范围。
1 磁耦合隔离电路的基本原理
磁耦合隔离(脉冲变压器隔离)是指利用电磁感应原理，把需要传输的变化信号加在变压器的初级线圈，该信号在初级线圈中产生变化的磁场，变化的磁场使次级线圈的磁通量发生变化，从而在次级感应出与初级线圈激励信号相关的变化信号输出，在整个信号的传输过程中，初级与次级之间没有发生电连接，从而达到隔离初次级的目的。
由于只有变化的信号电流才能在磁耦合隔离电路的初级产生变化磁场，从而在次级电路中感应出输出信号，只有变化频率高于某一值的信号才能在初次级之间传输，而变化频率较低的信号在传输过程中会发生严重畸变，直流信号不能在初次级之间传输。因此普通的磁耦合隔离技术只能在高频信号的隔离传输中使用。
磁耦合隔离的传输波形如图1所示。
通过上图可以看出，高频信号(1．27 MHz)可以基本不失真的被隔离传输，低频信号(10 kHz)经磁耦合隔离后波形畸变严重。由此证明，如不对磁耦合隔离电路进行改进，就不能应用于对低频信号的隔离传输。为了使磁耦合隔离技术能够应用于对低频信号的隔离传输，本文设计了一种新型磁耦合隔离电路。
3．1 初级驱动电路的实现
磁耦合隔离电路初级驱动单元由Inputs和Drive两个模块组成，其中InputS模块完成对输入电路的复位，Drive模块用于产生与输入信号状态变化相关的窄脉冲驱动信号。两模块的VHDL实现说明如下：
3．1．1 InputS模块的实现
为了保证发送和接收信号的电平变化同步，在隔离驱动单元上电时必须首先对初级驱动单元和接收单元复位。以保证两单元的初始态相同。如果需要隔离传输高电平信号，在复位过程结束后，在初级驱动单元必须自动产生一个由低到高的跳变，以便使次级接收电路同时把输出电平由复位状态反转刭高电平，保证初级、次级初始电平一致，自动产生的由低到高的跳变必须在复位信号结束后再延迟一段时间，在Drive模块稳定工作后产生。以此保证该跳变沿被Drive模块响应。
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3．1．2 Drive模块的实现
Drive模块完成的功能是：在复位信号EnT=‘0’时使DriveOut=‘0’，在EnT=‘1’时，在每一个TranS的跳变延产生一个40ns的脉冲输出，驱动脉冲变压器的初级线圈。
Drive模块的VHDL实现如下：
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3．1．3 初级驱动单元的功能仿真
使用QUARTusII 9．0对磁耦合隔离电路初级驱动单元进行功能仿真，得到功能仿真曲线如图3所示。
本文关键字：隔离 触发-偶合电路，单元电路 - 触发-偶合电路
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