一種簡單可靠離散量信號電路的設計和實現

1)施密特觸發器的高電平觸發門限為：1．2V≤VT+≤1．9V；
2)低電平觸發門限為：0．5 V≤VT-≤1．2 V；
3)表2中“開”狀態的電平轉換電壓為3．4 V≤VI≤11．1 V，滿足高電平觸發門限。“地”狀態假設3．5 V≤GND(V)≤10．8 V，仿真計算電壓范圍為-3．9 V≤VI≤0．48 V，滿足低電平觸發門限。

4)輸入嵌位電流計算：表2中的值為理論計算值，由于SNJ54HCT14J的輸入嵌位電路作用，V1的實際嵌位電壓VIK：-0．5 V≤VIK≤+5．5 V，當承受最大正向電壓VIMAX=5．5 V時，最大正向輸入電流為IIK=(VI-VIK)／R40+R41=(32-5．5)／(100+15)=0．23 mA，當承受最大負向電壓VIMAX=-0．5 V時，最大反向輸入電流為IIK=(VI-VIK)／R42=(-0．5-(-5．5))／150=0．1 mA，均滿足芯片使用要求。
2．2．2 28 V／開離散量輸入分析計算
圖4電路實現的功能及使用的芯片與地／開離散量輸入信號相同，根據電路在實際應用環境下的使用情況，提出并計算出測試驗證條件見表2，由于與地／開離散量輸入使用的芯片相同，因此數據參數也完全一致，主要結合表2中的“開路”狀態，對出現負值電壓的情況下，是否滿足實際使用。
根據芯片的數據手冊，當VI電壓出現VI>VCC或VI0的情況時，SNJ54HCT14J芯片內部設有Input clamp current(輸入嵌位電流限制)，即具有IIK(VI0 or VI>VCC)的保護電路，手冊規定Input clamp current≤±20 mA。
表2中的負值電壓為理論計算值，由于芯片本身的嵌位電路作用，VI的實際嵌位電壓VIK：-0．5 V≤VIK≤+5．5 V，當承受最大正向電壓VIMAX=5．5 V時，最大正向輸入電流為IIK=(32-5．5)／100=0．265 mA，當承受最大負向電壓VIMAX=-0．5 V時，最大反向輸入電流為IIK=(-0．5-(-15))／130=0．112 mA，均滿足芯片使用要求。

3 離散量輸出信號電路設計和實現
針對典型離散量輸出電路的輸出特性，并結合實際使用情況，對地／開離散量輸出信號進行簡化設計，并增加了過流保護功能，當負載過大或出現短路時，離散量輸出會自動關閉輸出，起到保護作用。該項功能可以有效地降低產品的故障率，并提高系統的安全性，同時也大大降低了產品的維護成本，功能框圖如圖5所示。

3．1 電路原理實現
3．1．1 地／開離散量輸出信號
地／開離散量輸出信號原理實現如圖6所示，該型電路在原理架構及器件選用上完全不同于以往典型電路，簡化設計的同時增加了過流保護電路，當負載電流過大或短路時，利用R3采樣電阻、V4三極管組合電路自動關閉離散量輸出，過流門限值可通過調整R3電阻大小來設置，圖示中電路將過流門限設定為70 mA。