一种基于iCoupler芯片隔离技术的MVB网卡的制作方法

一种基于icoupler芯片隔离技术的mvb网卡
技术领域
1.本发明涉及轨道交通列车网络通信技术领域，具体为一种基于icoupler芯片隔离技术的mvb网卡。


背景技术：

2.随着嵌入式控制技术与通信网络技术的发展，由国际电工委员会(internationalelectrotechnical commission，缩写为iec)制定的列车数据通信网(traincommunication network，缩写为tcn)标准iec61375-1受到了广泛重视。tcn标准体系结构定义了绞线式列车总线(wire train bus，缩写为wtb)和多功能车辆总线(multifunctionvehicle bus，缩写为mvb)两级总线。其中，mvb总线用于联接车辆内部的设备，或固定编组的列车组中各车辆之间的设备，负责设备间的数据通信。
3.目前我国列车数据通信网络系统也采用iec61375-1标准，经过十余年的发展，加之近些年对引进的一些列车网络核心设备(如tcn网关、mvb板卡等)技术的消化、吸收，目前，一类mvb网卡已经实现了国产化，但由于目前绝大多数产品都是沿用与进口产品相同的变压器隔离方案，个别产品为了小型化而采用了成本较高的光电隔离方案，以上两方面导致了国产板卡无法实现高性价比的小型化设计。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种性价比高且小型的基于icoupler芯片隔离技术的mvb网卡。
5.本发明的技术方案是这样的：
6.一种基于icoupler芯片隔离技术的mvb网卡，包括具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片、基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片和隔离boost斩波电路；
7.所述具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于逻辑电路与收发器电路间电气隔离，并完成电路间逻辑电平转换的电路；
8.所述基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于对数据进行隔离处理；
9.所述隔离boost斩波电路用于对板卡3.3v供电隔离，同时用于将3.3v供电转换收发器专用的5v隔离供电电路。
10.其中，所述逻辑电路包括隔离芯片本体，所述隔离芯片本体包括隔离芯片逻辑侧和隔离芯片逻辑工作侧，所述收发器电路包括隔离芯片收发器侧；
11.所述隔离芯片逻辑侧为3.3v逻辑电平，所述隔离芯片收发器侧为5v逻辑电平；
12.所述隔离芯片逻辑工作侧为3.3v电源，所述隔离芯片收发器侧为5v专用电源，所述3.3v电源与5v专用电源通过互相隔离。
13.其中，所述具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于将逻辑电路的3.3v电平发送数据实时转换为5v收发器的发送数据，由5v收发器发送到列车mvb网络。
14.其中，所述收发器电路用于将列车网络接收的数据通过5v电平输入隔离芯片本
体，所述隔离芯片本体用于实时转换3.3v电平数据并送入逻辑电路的接收端。
15.其中，所述基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片在对数据进行隔离处理的同时，还需要对5v收发器进行数据流向控制。
16.其中，所述5v收发器的内部安装有两个基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片，其中一个所述基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片用于对收发数据隔离，另一个所述基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片用于对5v收发器流向控制信号的隔离。
17.其中，所述逻辑电路用于通过隔离boost斩波电路将3.3v供电升压至9v；所述逻辑电路用于通过升压电路中的共轭电感，将6v的电压耦合到收发电路侧，收发电路侧对耦合的交流电进行整流、滤波后输入ldo芯片内。
18.其中，所述5v收发器的内部设有供电隔离电路，所述5v收发器的5v供电与逻辑电路的供电3.3v互相隔离。
19.其中，所述5v收发器的供电满足不超过300ma的负载电流要求。
20.其中，所述供电隔离电路包括升压斩波控制器、隔离变压器、低压降整流二极管、ldo芯片和滤波电容；
21.所述升压斩波控制器为ti的升压斩波控制芯片，所述升压斩波控制器用于将3.3v输入电压斩波至9v；
22.所述隔离变压器用于在原边接入升压斩波电路时，副边可以感应6v的交流电压作为5v收发器电路的电源；
23.所述低压降整流二极管用于将副边感应出的交流电压整流为直流电压并输送给ldo芯片；
24.所述ldo芯片用于将脉动直流电进行稳压处理，并输入5v收发器和隔离芯片本体的收发器侧进行使用；
25.所述滤波电容用于维持直流电源系统温度。
26.本发明具有以下优点和有益效果：通过采用icoupler技术的专用隔离芯片实现了逻辑电路与收发器电路的隔离，同时实现了逻辑器件电平与收发器电平的转换；
27.该隔离技术较传统变压器隔离技术在有效地降低了隔离器件占用板卡的pcb面积的同时降低了板卡正面器件的高度，有助于实现板卡小型化；
28.较传统光电隔离技术有效降低了隔离器件的成本，实现了板卡的低成本化；
29.配合icoupler隔离技术研发的供电隔离电路，在实现逻辑电路与收发器电路供电隔离的同时，完成了逻辑电路与收发器电路的电平转换。
附图说明
30.图1为本发明提供的一种基于icoupler隔离技术的mvb网卡逻辑电路与收发器电路间的隔离结构示意图。
31.图2为本发明提供的专用boost隔离供电电路拓扑图。
32.图3为本发明提供的一种基于icoupler隔离技术的mvb网卡系统框图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
35.如图1至图3所示：本发明实施例的一种基于icoupler芯片隔离技术的mvb网卡，包括具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片、基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片和隔离boost斩波电路；
36.具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于逻辑电路与收发器电路间电气隔离，并完成电路间逻辑电平转换的电路；
37.基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于对数据进行隔离处理，采用icoupler技术的专用隔离芯片实现了逻辑电路与收发器电路的隔离，同时实现了逻辑器件电平与收发器电平的转换，提高了工作效率；
38.隔离boost斩波电路用于对板卡3.3v供电隔离，同时用于将3.3v供电转换收发器专用的5v隔离供电电路，进行合理的供电处理，提高了供电工作的稳定性和工作效率。
39.逻辑电路包括隔离芯片本体，隔离芯片本体包括隔离芯片逻辑侧和隔离芯片逻辑工作侧，收发器电路包括隔离芯片收发器侧；
40.隔离芯片逻辑侧为3.3v逻辑电平，隔离芯片收发器侧为5v逻辑电平；
41.隔离芯片逻辑工作侧为3.3v电源，隔离芯片收发器侧为5v专用电源，3.3v电源与5v专用电源通过互相隔离，隔离技术较传统变压器隔离技术在有效地降低了隔离器件占用板卡的pcb面积的同时降低了板卡正面器件的高度，有助于实现板卡小型化。
42.具备icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片用于将逻辑电路的3.3v电平发送数据实时转换为5v收发器的发送数据，由5v收发器发送到列车mvb网络。
43.收发器电路用于将列车网络接收的数据通过5v电平输入隔离芯片本体，隔离芯片本体用于实时转换3.3v电平数据并送入逻辑电路的接收端。
44.基于icoupler隔离技术的专用数字隔离芯片在对数据进行隔离处理的同时，还需要对5v收发器进行数据流向控制。
45.5v收发器的内部安装有两个基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片，其中一个基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片用于对收发数据隔离，另一个基于icoupler隔离技术的专用隔离芯片用于对5v收发器流向控制信号的隔离，配合icoupler隔离技术研发的供电隔离电路，在实现逻辑电路与收发器电路供电隔离的同时，完成了逻辑电路与收发器电路的电平转换，提高了工作效率。
46.逻辑电路用于通过隔离boost斩波电路将3.3v供电升压至9v；逻辑电路用于通过升压电路中的共轭电感，将6v的电压耦合到收发电路侧，收发电路侧对耦合的交流电进行整流、滤波后输入ldo芯片内，隔离芯片采用adi的adum1200和adum1201，adum1200为双路单向隔离芯片，用于逻辑电路向收发器发送流向控制信号，adum1201为两路方向相反的隔离芯片，一路用于逻辑电路向收发器发送数据，另外一路用于收发器向逻辑电路发送数据。
47.5v收发器的内部设有供电隔离电路，5v收发器的5v供电与逻辑电路的供电3.3v互相隔离。
48.5v收发器的供电满足不超过300ma的负载电流要求。
49.供电隔离电路包括升压斩波控制器、隔离变压器、低压降整流二极管、ldo芯片和滤波电容；
50.升压斩波控制器为ti的升压斩波控制芯片，升压斩波控制器用于将3.3v输入电压斩波至9v；
51.隔离变压器用于在原边接入升压斩波电路时，副边可以感应6v的交流电压作为5v收发器电路的电源；
52.低压降整流二极管用于将副边感应出的交流电压整流为直流电压并输送给ldo芯片，选用肖特基二极管以降低整流环节带来的压降，提高了使用稳定性；
53.ldo芯片用于将脉动直流电进行稳压处理，并输入5v收发器和隔离芯片本体的收发器侧进行使用；
54.滤波电容用于维持直流电源系统温度，选择mlcc电容，匹配板卡10年以上的设计寿命。
55.具体的，在使用时，隔离芯片将逻辑电路的3.3v电平发送数据实时转换为5v收发器的发送数据，由收发器发送到列车mvb网络，收发器从列车网络接收的数据，通过5v电平输入隔离芯片，隔离芯片实时转换为3.3v电平数据送入逻辑电路的接收端，专用设计隔离boost斩波电路将板卡3.3v供电隔离、转换为收发器专用的5v隔离供电电路设计，3.3v供电在逻辑电路侧进行隔离boost斩波升压至9v，通过升压电路中的共轭电感，将6v的电压耦合到收发电路侧，收发电路侧对耦合的交流电进行整流、滤波后输入ldo芯片，ldo芯片输出稳定的5v电压，供收发器芯片、专用隔离芯片使用，分a路收发器与b路收发器，a路收发器与b路收发器分别配置一套专用供电隔离电路，a路收发器5v供电、b路收发器5v供电与网卡逻辑供电3.3v互相隔离，每路隔离芯片采用adi的1颗adum1200和1颗adum1201，两芯片均基于adi的“icoupler”数字隔离技术，adum1200为双路单向隔离芯片，用于逻辑电路向收发器发送流向控制信号，adum1201为两路方向相反的隔离芯片，一路用于逻辑电路向收发器发送数据，另外一路用于收发器向逻辑电路发送数据。
56.最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。