數(shù)字輸入串行器原理及輸入信號配置

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本文將介紹數(shù)字輸入串行器的工作原理及其低、中、高壓輸入信號的配置情況。

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工作原理

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為了更好地理解?DIS?的工作原理，我們以完整的接口設(shè)計為背景來對這種器件進行研究（請參見圖?1）。一般而言，高壓總線為一組傳感器開關(guān)即 S0 – S7 供電，其開/關(guān)狀態(tài)由器件的八個現(xiàn)場輸入即 IP0 – IP7 來檢測。內(nèi)部信號處理將輸入信號轉(zhuǎn)換為低伏電平，并將其應(yīng)用于并行輸入、串行輸出移位寄存器的輸入。由于微控制器的負載脈沖作用于 /LD 輸入，因此內(nèi)部輸入數(shù)據(jù)被鎖閉到移位寄存器中。微控制器向?CLK?輸入施加一個時鐘信號，根據(jù)該信號以串行方式將數(shù)據(jù)從?DIS?中移位，然后通過數(shù)字隔離器進入一個控制器寄存器，這樣便完成了移位寄存器內(nèi)容的讀取。

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高壓接口要求使用數(shù)字隔離器，目的是將劇烈變化的遠距離傳感器開關(guān)接地電位，同控制器電子器件的局部接地電隔離。

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圖1數(shù)字輸入串行器的典型結(jié)構(gòu)

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適用于高伏接口的一些傳感器開關(guān)包括接近開關(guān)、繼電器觸、限位開關(guān)、按鈕開關(guān)等等。就高輸入電壓而言，輸入電阻器 R_IN0到 R_IN7的實施對于將輸入開關(guān)閾值升至更高電平來說是必要的，而低輸入電壓的系統(tǒng)一般無需輸入電阻器。

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圖1?表明高達 34V 的電源電壓可以直接作用于電源接線端和八個輸入端，無需保護電阻器。在使用這種電源電壓的情況下，內(nèi)部線性穩(wěn)壓器可以提供穩(wěn)定的 5V 輸出，以為器件內(nèi)部電路和外部隔離器或者微控制器供電。另一個輔助功能是片上溫度傳感器，其在結(jié)溫達到 150^oC 時便向控制器發(fā)出報警。

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通過可調(diào)節(jié)輸入電流限制，讓在器件輸入端直接使用高達 34V 的高壓成為可能。就純電阻輸入的高壓接口而言，由于輸入電流增加帶來輸入電壓上升，從而導(dǎo)致其功耗急劇上升。與之相比，由于將輸入電流限制在某個恒定電平，而這一電平可以通過使用一個外部精密電阻器來進行調(diào)節(jié)，因此 DIS 的輸入極大地降低了功耗。

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另外，每條通道都對其輸入信號進行強度和耐力檢查。這種電流、電壓檢測功能具有一些內(nèi)部信號閾值，用于確保通道不會被漏電流或者殘留電壓觸發(fā)。

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在導(dǎo)通狀態(tài)（開關(guān)關(guān)閉）的情況下，電流比較器檢測輸入電流是否高于預(yù)定義的漏電流閾值，而電壓比較器則檢測輸入電壓是否高于內(nèi)部設(shè)定的基準電壓。如果兩個比較器輸出均為邏輯高電平，則可編程去抖動濾波器檢查輸入狀態(tài)的新變化是否由噪聲瞬態(tài)或者真輸入信號所引起。

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導(dǎo)通狀態(tài)時，濾波器輸出為高電平，同時電流限制器輸出連接至信號返回輸出(Rex)。每個 RE-輸出均有一個發(fā)光二極管 (LED) 連接接地層，從而實現(xiàn)傳感器開關(guān)狀態(tài)的可視化指示。因此，如果某個開關(guān)關(guān)閉，則 LED 亮起。在斷開狀態(tài)（開關(guān)打開）下，濾波器輸出為低電平，同時電流限制器的輸出接地，則 LED 不亮。

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