一种简单可靠离散量信号电路的设计和实现

3．1 电路原理实现
3．1．1 地／开离散量输出信号
地／开离散量输出信号原理实现如图6所示，该型电路在原理架构及器件选用上完全不同于以往典型电路，简化设计的同时增加了过流保护电路，当负载电流过大或短路时，利用R3采样电阻、V4三极管组合电路自动关闭离散量输出，过流门限值可通过调整R3电阻大小来设置，图示中电路将过流门限设定为70 mA。

3．1．2 28 V／开离散量输出信号
28 V／开离散量输出信号原理实现如图7所示，在原有典型电路的基础上增加了过流保护电路。R3为采样电阻，利用差分电路实现过流保护功能，该电路使用运算放大器N1实现差分运算，当负载过大，N1的输出值达到门限值时，通过V3将前级输出电路自动关断，实现了过流保护功能。采样电阻的选择原则：在不影响后级电路负载特性，进行降额设计，即使用降额因子后实际应力不应超过推荐的最大应力。

3．2 电路仿真分析
3．2．1 地／开离散量输出电路仿真分析
V3为NMOS场效应管，满足导通条件时，该电路输出为“地”，反之，输出为“开”状态。
电路仿真时，将外部负载上拉为+28VDC，当外部负载电流大于70 mA或短路时，仿真图8中利用R4电阻模拟外部负载，来保证测试验证的极限条件。当R4为0时，负载为短路状态，此时过流保护电路关断NMOS管(开状态)，通过示波器监测电压输出范围为：26 V≤V开≤28 V；当外部负载正常工作时，输出地电压10 mV≤V地≤500 mV。电路仿真结果与预期设计结果一致，保证了电路的安全性。

在芯片选型上，当负载对地短路时，V3瞬间承受的功率较大，因此应充分进行降额设计，以满足电路在实际使用中的无故障保护功能特性。
3．2．2 28 V／开离散量输出电路仿真分析
图7中差分电路的传递函数：Uo=UI2-UI1，按最大过流保护电流(70 mA)计算UI2-UI1=10x0．07=0．7 V，实际仿真电路见图9。仿真结果表明，实际仿真中图7中V3作为开关管的饱和导通电压为：UI2-UI1≥0．7 V，满足理论设计要求。