CN1663139A

Data access arrangement using a high frequency transformer for electrical isolation

Abstract

An electrical isolation barrier used in data access devices that uses a high frequency (HF) transformer (24) to provide isolation. The input signal (21) is connected to the modulator (22), which can be analog or digital. The analog output of the modulator (22) is connected to the input of the HF transformer (24). The output of the HF transformer (24) is connected to the input of the demodulator (26). Simple amplitude modulation can be used in the modulator (22) to modulate the input signal (21) into the working frequency range of the HF transformer (24). A simple low-pass filter can be included in the demodulator (26) to eliminate the harmonic distortion caused by the HF transformer (24). The output signal of the demodulator (26) is basically the same as the input signal (21).

CN1663139A, drawing sheet 1
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52 claims: 10 independent, 42 dependent

  1. 1
    一种用于数据接入装置中的电隔离阻障,组合地包括:输入电路和输出电路;高频变压器,用于在输入电路与输出电路之间提供电隔离,并且具有所需操作的频率范围,所述变压器具有两个端口:调制器,具有输入和输出,所述调制器输入连接到输入电路,所述调制器将输入信号调制到变压器的频率范围内的频率上;所述调制器输出连接到变压器的第一端口,以便将调制信号提供给变压器;解调器,具有输入和输出,所述解调器输入连接到变压器的第二端口,所述解调器将信号从变压器的频率范围解调为由输出电路使用的输出信号。
  2. 2
    如权利要求1所述的电隔离阻障,其中,所述调制器包含乘法器,所述乘法器连接到时钟,以便用时钟信号乘以输入信号;所述解调器包含乘法器,所述乘法器连接到时钟,以便用所述时钟信号乘以变压器的输出;并且所述解调器包含低通滤波器,以便消除恢复信号的失真。
  3. 3
    如权利要求1所述的电隔离阻障,其中,所述调制器的输入信号是第一1比特数字信号;所述调制器将所述第一1比特数字信号转换成具有变压器频率范围内的频率的模拟输入信号;所述解调器对具有变压器频率范围内的频率的信号进行转换,以便恢复第一1比特数字信号。
  4. 4
    如权利要求1所述的电隔离阻障,还包括多路复用器,用于将状态或控制信号与线路信号多路复用,以便通过电隔离阻障进行传输。
  5. 5
    如权利要求4所述的电隔离阻障,其中,从所述解调器输出的信号包含状态或控制信息。
  6. 6
    如权利要求3所述的电隔离阻障,其中,至少部分第一1比特数字信号是使用∑-Δ技术产生的。
  7. 7
    如权利要求3所述的电隔离阻障,其中,所述输入电路包含多路复用器,用于将数字状态或控制信号与第二1比特数字信号多路复用,以便形成所述第一1比特数字信号。
  8. 8
    如权利要求7所述的电隔离阻障,其中,所述输出电路包含去复用器,用于从所述第一1比特数字信号中提取出所述数字状态或控制信号和所述第二1比特数字信号。
  9. 9
    如权利要求8所述的电隔离阻障,其中,所述第二1比特数字信号是使用∑-Δ技术产生的。
  10. 10
    如权利要求8所述的电隔离阻障,其中,所述多路复用器包含帧产生电路,用于对数字状态或控制信号定位。
  11. 11
    如权利要求8所述的电隔离阻障,其中,所述去复用器包含帧检测电路,用于检测数字状态或控制信号的定位。
  12. 12
    一种在调制解调器系统中提供电隔离阻障的方法,包括以下步骤:在调制解调器的数据接入装置部分中提供高频变压器,所述变压器具有预定的频率操作范围以及输入端口和输出端口;将输入信号调制到变压器的频率操作范围,并且将经过调制的第一信号提供给变压器输入端口;从变压器的输出端口获取输出信号;并且解调输出信号,以便恢复输入信号。
  13. 13
    如权利要求12所述的方法,其中,所述输入信号是1比特数字信号;并且所述调制输入信号的步骤包含将模拟时钟信号乘以所述1比特数字信号,以便形成高频模拟信号;并且所述解调输出信号以便恢复输入信号的步骤包含通过模拟时钟相乘来解调高频信号。
  14. 14
    如权利要求13所述的方法,其中,1比特数字信号中的至少一些比特是使用∑-Δ技术产生的。
  15. 15
    一种用于数据接入装置中的电隔离阻障,用于在线路端电路和系统端电路之间提供电隔离,组合地包括:用于TX信号的第一对输入和输出电路,和用于RX信号的第二对输入和输出电路,其中第一输入电路和第二输出电路位于线路端电路中,并且第二输入电路和第一输出电路位于系统端电路中;第一高频变压器,用于在第一对输入和输出电路之间提供电隔离,并且具有所需操作的频率范围,所述第一变压器具有两个端口:第一调制器,具有输入和输出,所述第一调制器输入连接到第一对输入和输出电路的输入电路,并且把将输入信号调制到第一变压器的频率范围内的频率上;所述第一调制器输出连接到第一变压器的第一端口,以便将调制信号提供给第一变压器;第一解调器,具有输入和输出,所述第一解调器输入连接到第一变压器的第二端口,用于将信号从第一变压器的频率范围解调为由第一对输入和输出电路的输出电路使用的输出信号;从而通过第一变压器的RX信号的谐波落在调制信号的频率范围之外;第二高频变压器,用于在第二对输入和输出电路之间提供电隔离,并且具有所需操作的频率范围,所述第二变压器具有两个端口:第二调制器,具有输入和输出,所述第二调制器输入连接到第二对输入和输出电路的输入电路,并且把将输入信号调制到第二变压器的频率范围内的频率上;所述第二调制器输出连接到第二变压器的第一端口,以便将调制信号提供给第二变压器;第二解调器,具有输入和输出,所述第二解调器输入连接到第二变压器的第二端口,用于将信号从第二变压器的频率范围解调为由第二对输入和输出电路的输出电路使用的输出信号;从而通过第二变压器的TX信号的谐波落在调制信号的频率范围之外。
  16. 16
    一种用于数据接入装置中的电隔离阻障,用于在系统端电路和线路端电路之间提供电隔离,组合地包括:高频变压器,具有所需的工作频率范围,并且具有第一端口和第二端口;第一调制器,耦合到所述变压器的第一端口,所述第一调制器将第一基带信号调制成所述所需的频率范围内的第一模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第一解调器,耦合到所述变压器的第二端口,所述第一解调器对所述第一通带信号进行解调,以便恢复所述第一基带信号,并且发送到所述线路端电路。
  17. 17
    如权利要求16所述的电隔离阻障,其中,所述第一调制器通过第一高频混合电路耦合到所述变压器,并且所述变压器通过第二高频混合电路耦合到所述第一解调器。
  18. 18
    如权利要求16所述的电隔离阻障,其中,所述系统端电路包含(1)编解码器,用于将数字调制解调信号转换成模拟发送信号,和(2)第一多路复用器,连接到所述第一调制器,所述第一多路复用器接收模拟控制信号和所述模拟发送信号,并且多路复用所述模拟控制信号和所述模拟发送信号,以便形成所述第一基带信号。
  19. 19
    如权利要求17所述的电隔离阻障,包含连接到所述第二高频混合电路的时钟恢复电路,用于将所述第一解调器的频率锁定到所述第一调制器的频率上。
  20. 20
    如权利要求18所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含连接到第一解调器的第一去复用器,所述解调器将所述第一通带信号的频率移回到原始基带上,并且所述第一去复用器从所述模拟发送信号中分离出所述模拟控制信号。
  21. 21
    如权利要求16所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含耦合到通信线路的低频混合电路,用于接收模拟接收信号以及发送模拟发送信号。
  22. 22
    如权利要求17所述的电隔离阻障,包含:第二调制器,通过所述第二高频混合电路耦合到所述变压器的所述第二端口,所述第二调制器将第二基带信号调制成所述所需的频率范围内的第二模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第二解调器,通过所述第一高频混合电路耦合到所述变压器的所述第一端口,所述第二解调器对所述第二通带信号进行解调,恢复所述第二基带信号,以便发送到所述系统端电路。
  23. 23
    如权利要求22所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含连接到所述第二调制器的第二多路复用器,接收模拟状态信号和模拟接收信号,所述多路复用器组合所述模拟状态信号和所述模拟接收信号,以形成所述第二基带信号。
  24. 24
    如权利要求23所述的电隔离阻障,其中,所述系统端电路包含(1)编解码器,将模拟接收信号转换成数字调制解调信号;和(2)第二去复用器,连接到第二解调器,所述解调器将所述第二模拟通带信号的频率移回到原始基带信号,并且所述第二去复用器从所述模拟接收信号中分离出所述模拟状态信号。
  25. 25
    一种用于数据接入装置中的电隔离阻障,用于在系统端电路和线路端电路之间提供电隔离,组合地包括:高频变压器,具有所需的工作频率范围,并且具有第一端口和第二端口;第一调制器,耦合到所述变压器的第一端口,所述第一调制器将第一1比特数字信号调制成所述所需的频率范围内的第一模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第一解调器,耦合到所述变压器的所述第二端口,所述第一解调器对所述第一通带信号进行解调,以便恢复所述第一1比特数字信号,并且发送到所述线路端电路。
  26. 26
    如权利要求25所述的电隔离阻障,其中,所述第一调制器通过第一高频混合电路耦合到所述变压器,并且所述变压器通过第二高频混合电路耦合到所述第一解调器。
  27. 27
    如权利要求25所述的电隔离阻障,其中,所述系统端电路包含(1)∑-Δ编解码器的数字部分,用于将数字调制解调信号转换成第二1比特数字信号,和(2)第一多路复用器,连接到所述第一调制器,所述第一多路复用器接收数字控制信号和所述第二1比特数字信号,并且多路复用所述数字控制信号和所述第二1比特数字信号,以便形成所述第一1比特数字信号。
  28. 28
    如权利要求27所述的电隔离阻障,其中,所述第一多路复用器包含第一帧生成电路,以便定位数字控制信号。
  29. 29
    如权利要求26所述的电隔离阻障,包含连接到所述第二高频混合电路的时钟恢复电路,用于将所述第一解调器的频率锁定到所述第一调制器的频率上。
  30. 30
    如权利要求27所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含连接到第一解调器的第一去复用器,所述第一去复用器从恢复的第一1比特数字信号中分离出数字控制信号和第二1比特数字信号。
  31. 31
    如权利要求30所述的电隔离阻障,其中,所述第一去复用器包含帧检测电路,以便检测数字控制信号的定位。
  32. 32
    如权利要求30所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含∑-Δ编解码器的模拟部分,耦合到所述第一解调器,∑-Δ编解码器的模拟部分将恢复的第二1比特数字信号转换成模拟发送信号。
  33. 33
    如权利要求25所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含耦合到通信线路的低频混合电路,用于接收模拟接收信号以及发送模拟发送信号。
  34. 34
    如权利要求26所述的电隔离阻障,包含:第二调制器,通过所述第二高频混合电路耦合到所述变压器的所述第二端口,所述第二调制器将第三1比特数字信号调制成所述所需的频率范围内的第二模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第二解调器,通过所述第一高频混合电路耦合到所述变压器的所述第一端口,所述第二解调器对所述第二通带信号进行解调,恢复所述第三1比特数字信号,以便发送到所述系统端电路。
  35. 35
    如权利要求34所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含∑-Δ编解码器的模拟部分,所述模拟部分将模拟接收信号转换成第四1比特数字信号。
  36. 36
    如权利要求35所述的电隔离阻障,其中,所述线路端电路包含连接到所述第二调制器的第二多路复用器,接收数字状态信号和所述第四1比特数字信号,所述多路复用器组合所述数字状态信号和所述第四1比特数字信号,以形成所述第三1比特数字信号。
  37. 37
    如权利要求36所述的电隔离阻障,其中,所述第二多路复用器包含第二帧生成电路,以便定位数字状态信号。
  38. 38
    如权利要求36所述的电隔离阻障,其中,所述系统端电路包含(1)第二去复用器,连接到所述第二解调器,所述第二去复用器从恢复的第三1比特数字信号中恢复出所述数字状态信号和所述第四1比特数字信号,和(2)∑-Δ编解码器的数字部分,用于将所述第四1比特数字信号转换成数字调制解调信号。
  39. 39
    如权利要求38所述的电隔离阻障,其中,所述第二去复用器包含第二帧检测电路,以便检测数字状态信号的定位。
  40. 40
    一种用于数据接入装置中的多路复用器,包括:第一输入,用于接收1比特数字信号;第二输入,用于接收第一数量的数字状态或控制比特;成帧电路,用于根据第一成帧模式来组合第二数量的成帧比特与第一数量的数字状态或控制比特,以形成第三数量的成帧输出比特,其中,所述第三数量等于第一和第二数量的和;和交织器,交织所述第三数量的成帧输出比特与来自第一输入的相应数量的比特,以便形成第四数量的多路复用器输出比特;其中,对于所述状态或控制比特的所有组合,所述第一成帧模式惟一地指示所述成帧输出比特的正确的成帧定位位置。
  41. 41
    如权利要求40所述的多路复用器,其中,对于所述状态或控制比特的所有可能的组合,以及所述成帧输出比特的所有可能的定位,所述第一成帧模式防止成帧输出比特包含第二成帧模式。
  42. 42
    如权利要求41所述的多路复用器,其中,对于所述状态或控制比特的所有可能的组合,以及所述成帧输出比特的所有可能的定位,所述第一成帧模式防止成帧输出比特包含所述第二成帧模式的逻辑倒置。
  43. 43
    一对多路复用器,每一个都位于电隔离阻障的相对端,每一个所述多路复用器包含:第一输入,用于接收1比特数字信号;第二输入,用于接收第一数量的数字状态或控制比特;成帧电路,用于根据第一成帧模式来组合第二数量的成帧比特与第一数量的数字状态或控制比特,以形成第三数量的成帧输出比特,其中,所述第三数量等于第一和第二数量的和;和交织器,交织所述第三数量的成帧输出比特与来自第一输入的相应数量的比特,以便形成第四数量的多路复用器输出比特;其中,每一个多路复用器的第一成帧模式等于另一个多路复用器的第二成帧模式。
  44. 44
    一种用于数据接入装置中提供多路复用输出比特的多路复用方法,包括:接收第一1比特数字信号;接收第一数量的数字状态或控制比特;提供第二数量的成帧比特;提供第一成帧模式;根据第一成帧模式来组合第二数量的成帧比特与第一数量的数字状态或控制比特,以形成第三数量的成帧输出比特,其中,所述第三数量等于第一和第二数量的和;以及交织所述第三数量的成帧输出比特与来自第一1比特数字信号的相应数量的比特,以便形成第四数量的多路复用输出比特;其中,对于所述状态或控制比特的所有组合,所述第一成帧模式惟一地指示所述成帧输出比特的正确的成帧定位位置。
  45. 45
    如权利要求44所述的多路复用方法,其中,对于所述状态或控制比特的所有可能的组合,以及所述成帧输出比特的所有可能的定位,所述第一成帧模式防止成帧输出比特包含第二成帧模式。
  46. 46
    如权利要求45所述的多路复用方法,其中,对于所述状态或控制比特的所有可能的组合,以及所述成帧输出比特的所有可能的定位,所述第一成帧模式防止第三数量的成帧输出比特包含所述第二成帧模式的逻辑倒置。
  47. 47
    如权利要求46所述的多路复用方法,其中,所述第一成帧模式和所述第二成帧模式是可互换的。
  48. 48
    如权利要求4所述的电隔离阻障,其中,所述状态信号与所述控制信号具有不同的频率。
  49. 49
    一种通过一个高频变压器在不同的方向上同时传送发送信号和接收信号的方法,包括以下步骤:在高频变压器的线性工作范围内操作该高频变压器;并且提供两个高频混合电路,以便将在第一方向上通过高频变压器进行发送的发送信号与在第二方向上通过高频变压器进行发送的接收信号分离开来。
  50. 50
    如权利要求30所述的电隔离阻障,其中,在所述第一多路复用器中进行的所述分离是使用滤波器组来完成的。
  51. 51
    一种用于数据接入装置中的电隔离阻障,用于在线路端电路和系统端电路之间提供电隔离,组合地包括:高频变压器,具有所需的工作频率范围,并且具有第一端口和第二端口;第一调制器,通过第一高频混合电路耦合到所述变压器的第一端口,所述第一调制器将第一1比特数字信号调制成所述所需的频率范围内的第一模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第一解调器,通过第二高频混合电路耦合到所述变压器的所述第二端口,所述解调器对所述第一通带信号进行解调,恢复所述第一1比特数字信号,以便发送到所述线路端电路;第二调制器,通过所述第二高频混合电路耦合到所述变压器的所述第二端口,所述第二调制器将第三1比特数字信号调制成所述所需的频率范围内的第二模拟通带信号,并且将调制信号发送到所述变压器;第二解调器,通过所述第一高频混合电路耦合到所述变压器的所述第一端口,所述第二解调器对所述第二通带信号进行解调,恢复所述第三1比特数字信号,以便发送到所述系统端电路;∑-Δ编解码器的数字部分,包含在所述系统端电路中,用于将数字调制解调信号转换成第二1比特数字信号,并且将第四1比特数字信号转换成数字调制解调信号;第一多路复用器,包含在所述系统端电路中,并且连接到所述第一调制器,所述第一多路复用器接收数字控制信号和所述第二1比特数字信号,并且对它们进行多路复用,以便形成所述第一1比特数字信号;第一去复用器,包含在所述线路端电路中,并且连接到第一解调器,所述第一去复用器从恢复的第一1比特数字信号中分离出数字控制信号和第二1比特数字信号;∑-Δ编解码器的模拟部分,包含在所述线路端电路中,所述模拟部分将模拟接收信号转换成第四1比特数字信号,并且将第二1比特数字信号转换成模拟发送信号;第二多路复用器,包含在所述线路端电路中,并且连接到所述第二调制器,所述第二多路复用器接收数字状态信号和所述第四1比特数字信号,并且对它们进行组合,以形成所述第三1比特数字信号;和第二去复用器,包含在所述系统端电路中,并且连接到所述第二解调器,所述第二去复用器从恢复的第三1比特数字信号中恢复出所述数字状态信号和所述第四1比特数字信号。
  52. 52
    如权利要求51所述的电隔离阻障,其中,所述第一多路复用器包含第一帧生成电路,以便定位数字控制信号;所述第一去复用器包含第一帧检测电路,以便检测数字控制信号的定位;所述第二多路复用器包含第二帧生成电路,以便定位数字控制信号;并且所述第二去复用器包含第二帧检测电路,以便检测数字状态信号的定位。
Independent claims52