一種簡(jiǎn)單可靠離散量信號(hào)電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1)施密特觸發(fā)器的高電平觸發(fā)門(mén)限為：1．2V≤VT+≤1．9V；
2)低電平觸發(fā)門(mén)限為：0．5 V≤VT-≤1．2 V；
3)表2中“開(kāi)”狀態(tài)的電平轉(zhuǎn)換電壓為3．4 V≤VI≤11．1 V，滿(mǎn)足高電平觸發(fā)門(mén)限。“地”狀態(tài)假設(shè)3．5 V≤GND(V)≤10．8 V，仿真計(jì)算電壓范圍為-3．9 V≤VI≤0．48 V，滿(mǎn)足低電平觸發(fā)門(mén)限。

4)輸入嵌位電流計(jì)算：表2中的值為理論計(jì)算值，由于SNJ54HCT14J的輸入嵌位電路作用，V1的實(shí)際嵌位電壓VIK：-0．5 V≤VIK≤+5．5 V，當(dāng)承受最大正向電壓VIMAX=5．5 V時(shí)，最大正向輸入電流為IIK=(VI-VIK)／R40+R41=(32-5．5)／(100+15)=0．23 mA，當(dāng)承受最大負(fù)向電壓VIMAX=-0．5 V時(shí)，最大反向輸入電流為IIK=(VI-VIK)／R42=(-0．5-(-5．5))／150=0．1 mA，均滿(mǎn)足芯片使用要求。
2．2．2 28 V／開(kāi)離散量輸入分析計(jì)算
圖4電路實(shí)現(xiàn)的功能及使用的芯片與地／開(kāi)離散量輸入信號(hào)相同，根據(jù)電路在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的使用情況，提出并計(jì)算出測(cè)試驗(yàn)證條件見(jiàn)表2，由于與地／開(kāi)離散量輸入使用的芯片相同，因此數(shù)據(jù)參數(shù)也完全一致，主要結(jié)合表2中的“開(kāi)路”狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)負(fù)值電壓的情況下，是否滿(mǎn)足實(shí)際使用。
根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，當(dāng)VI電壓出現(xiàn)VI>VCC或VI0的情況時(shí)，SNJ54HCT14J芯片內(nèi)部設(shè)有Input clamp current(輸入嵌位電流限制)，即具有IIK(VI0 or VI>VCC)的保護(hù)電路，手冊(cè)規(guī)定Input clamp current≤±20 mA。
表2中的負(fù)值電壓為理論計(jì)算值，由于芯片本身的嵌位電路作用，VI的實(shí)際嵌位電壓VIK：-0．5 V≤VIK≤+5．5 V，當(dāng)承受最大正向電壓VIMAX=5．5 V時(shí)，最大正向輸入電流為IIK=(32-5．5)／100=0．265 mA，當(dāng)承受最大負(fù)向電壓VIMAX=-0．5 V時(shí)，最大反向輸入電流為IIK=(-0．5-(-15))／130=0．112 mA，均滿(mǎn)足芯片使用要求。

3 離散量輸出信號(hào)電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
針對(duì)典型離散量輸出電路的輸出特性，并結(jié)合實(shí)際使用情況，對(duì)地／開(kāi)離散量輸出信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并增加了過(guò)流保護(hù)功能，當(dāng)負(fù)載過(guò)大或出現(xiàn)短路時(shí)，離散量輸出會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出，起到保護(hù)作用。該項(xiàng)功能可以有效地降低產(chǎn)品的故障率，并提高系統(tǒng)的安全性，同時(shí)也大大降低了產(chǎn)品的維護(hù)成本，功能框圖如圖5所示。

3．1 電路原理實(shí)現(xiàn)
3．1．1 地／開(kāi)離散量輸出信號(hào)
地／開(kāi)離散量輸出信號(hào)原理實(shí)現(xiàn)如圖6所示，該型電路在原理架構(gòu)及器件選用上完全不同于以往典型電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的同時(shí)增加了過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大或短路時(shí)，利用R3采樣電阻、V4三極管組合電路自動(dòng)關(guān)閉離散量輸出，過(guò)流門(mén)限值可通過(guò)調(diào)整R3電阻大小來(lái)設(shè)置，圖示中電路將過(guò)流門(mén)限設(shè)定為70 mA。