專利名稱：輸入輸出設(shè)備及輸入輸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸入輸出(IO)設(shè)備及輸入輸出方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用低速光電耦合器來進行高速輸入輸出的設(shè)備及相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
光電耦合器是以光為媒介來傳輸電信號的轉(zhuǎn)換器件，總體上由發(fā)光源和受光器兩部分組成，發(fā)光源用來將接收的電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光信號，受光器接收該光信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換回電信號，發(fā)光源可以為發(fā)光二極管，受光器可以為光敏二極管、光敏三極管等等。由于光電耦合器隔離了輸入和輸出電信號，因而可單向傳遞信息，且寄生反饋小，對于輸入端電磁干擾信號的抵抗能力強，而且能夠?qū)敵龆怂B接的器件起到保護作用，此外， 光電耦合器的延遲時間較短，通常在10 μ S的數(shù)量級，因此，光電耦合器在計算機接口電路、功率驅(qū)動電路、遠距離數(shù)據(jù)傳輸、及過零檢測電路等諸多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。然而，光電耦合器所能夠應(yīng)用的信號頻率范圍由于其自身性質(zhì)而存在限制，通常對于所輸入的信號存在頻率上限，一定頻率(例如，IMHzU. 5MHz等等)或者說一定速度以上的電氣信號將不能通過該光電耦合器轉(zhuǎn)換為光信號再還原成電信號。因而，為了滿足對于高頻(高速)信號的處理要求，通常所采取的解決方案是應(yīng)用高速光電耦合器或磁耦合器來進行數(shù)據(jù)信號的輸入輸出。然而，無論是采用高速光電耦合器還是磁耦合器都會帶來成本上升的問題，而且， 高速光電耦合器仍然存在頻率上限，在該上限之上頻率的信號無法通過該光電耦合器，因此，需要以盡可能低的成本，例如在技術(shù)上采用低速(低頻)的光電耦合器，來處理盡可能高速(高頻)的信號。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而作出本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過利用低速光電耦合器來實現(xiàn)高速的信號輸入輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種輸入輸出設(shè)備，包括分頻裝置，用于接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離裝置，用于從所述分頻裝置接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原裝置，用于從所述隔離裝置接收所述多路的第二分頻信號， 將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該輸出信號與所述輸入信號相同。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種輸入輸出方法，包括分頻步驟，接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離步驟，接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原步驟，接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該
3輸出信號與所述輸入信號相同。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過分頻將高頻的輸入信號分割為多路低頻的信號，來使得多路的低頻信號分別能夠通過頻率上限相對較低的光電耦合裝置，從而把多路低頻的信號還原為與輸入信號相同的輸出信號，從整體上看，實現(xiàn)了以低速(低頻)的光電耦合器完成對于高速(高頻)信號的輸入輸出。即使在應(yīng)用高速光電耦合器的情況下，也使其能夠進一步處理更高速的信號，以相對低的成本提高了輸入輸出設(shè)備和輸入輸出方法的處理能力和應(yīng)用范圍。通過閱讀結(jié)合附圖考慮的以下本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述，將更好地理解本發(fā)明的以上和其他目標、特征、優(yōu)點和技術(shù)及工業(yè)重要性。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備的總體框圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入輸出設(shè)備的框圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的分頻裝置的變體的框圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的還原裝置的第一變體的框圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的還原裝置的第二變體的框圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入輸出設(shè)備的框圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出方法的流程圖。圖8示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備及方法進行信號處理的效果示意圖。圖9示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備及方法進行信號處理的效果另一示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的示例性實施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備1的總體框圖。該輸入輸出設(shè)備1包括分頻裝置100，用于接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離裝置200，用于從所述分頻裝置接收所述多路的第一分頻信號， 將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原裝置300，用于從所述隔離裝置接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該輸出信號與所述輸入信號相同。圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入輸出設(shè)備的框圖，其中，以移位寄存器110 來實現(xiàn)分頻裝置100，以光電耦合器210來實現(xiàn)隔離裝置200，以異或(XOR)門電路310實現(xiàn)還原裝置300。用于本發(fā)明實施例的移位寄存器可以是現(xiàn)有的移位寄存器，如通常的移位寄存器那樣，通過把若干個觸發(fā)器(未示出)串接起來而構(gòu)成。圖2中所示的移位寄存器110為 8位的串入并出型的移位寄存器，連接成為8分頻的分頻器，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到， 能夠通過多種連線方式來將8位移位寄存器用作8分頻的分頻器。η位的移位寄存器可以用來對輸入信號進行η分頻，得到η路頻率為輸入信號頻率1/η的信號，如此，則移位寄存器110后級的光電耦合器210只需能夠處理頻率為輸入信號頻率1/n的信號即可，否則需要使用能夠處理輸入信號頻率的信號的光電耦合器，從而在本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備中，可以將相對低速的光電耦合器用于相對高速信號的輸入輸出。分頻數(shù)η可以取決于移位寄存器的位數(shù)，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，盡管圖中所示的移位寄存器110為用來對輸入信號進行8分頻的8位移位寄存器，但是根據(jù)需要可以采用其它分頻數(shù)的移位寄存器，例如分別進行4分頻、16分頻、32分頻的4位、16位、 32位的移位寄存器，不限于此，甚至本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要通過連線來構(gòu)建進行諸如3、5、7等等奇數(shù)分頻數(shù)的移位寄存器。圖3示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的分頻裝置100的變體10的框圖，通過多個多路復用器MUX組合構(gòu)成分頻裝置10來將輸入信號分頻為8路(0 7)分頻信號，各路分頻信號發(fā)送至后級的光電耦合器，每路分頻信號的頻率為輸入信號的1/8。根據(jù)結(jié)合附圖進行的上述描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，還可以通過其它各種電路元件來以希望的分頻數(shù)對輸入信號分頻，以得到相對低頻的分頻信號。光電耦合器210對多路的經(jīng)過分頻的信號進行光電隔離，即把所接收的電信號經(jīng)由光信號再轉(zhuǎn)換為電信號，顯然所接收的分頻信號的路數(shù)及相應(yīng)電平與經(jīng)電-光-電轉(zhuǎn)換再次得到的分頻信號的路數(shù)及相應(yīng)電平均相同。用于本發(fā)明實施例的光電耦合器210可以是現(xiàn)有的光電耦合器，只要該光電耦合器能夠處理分頻后的信號即可。光電耦合器210可以是多個光電耦合器元件組成的陣列，以應(yīng)對多路的信號，在本發(fā)明實施例中，多個光電耦合器元件組成的陣列可以視為一個處理多路信號的光電耦合器，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到如何根據(jù)需要利用多個光電耦合器元件組成陣列來實現(xiàn)本發(fā)明實施例中的光電耦合器 210。經(jīng)光電耦合器210轉(zhuǎn)換的多路的分頻信號進入異或門電路310。異或門電路310 用來對多路的分頻信號進行異或操作來將其還原為與最初的輸入信號相同的輸出信號。圖 2中所示的異或門電路310對多路分頻信號直接進行異或操作，即當有0或偶數(shù)(諸如2、 4、6、8等等)個分頻信號為高電平1時，輸出信號為低電平0，而當有奇數(shù)(諸如1、3、5、7 等等)個分頻信號為高電平1時，輸出信號為高電平1，經(jīng)過這樣的異或操作即可還原得到與輸入信號相同的輸出信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上描述可以認識到，還可以以其它方式來實現(xiàn)可以用于本發(fā)明實施例的異或門電路。圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的還原裝置的第一變體的框圖，圖5示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的還原裝置的第二變體的框圖。例如，可以利用圖4所示的異或門電路320來作為還原裝置300。如圖4所示，以 8路信號為例，先用兩個異或門分別對4路信號進行異或操作，然后用一個異或門對前述兩個異或門的輸出信號進行異或操作，來還原得到與輸入信號相同的輸出信號。再例如，可以利用圖5所示的異或門電路330來作為還原裝置300。如圖5所示， 以8路信號為例，先以四個異或門分別對2路信號進行異或操作，然后再用兩個異或門分別對前述四個異或門的輸出信號進行兩兩異或操作，最后用一個異或門對前述兩個異或門的輸出信號進行異或操作，來還原得到與輸入信號相同的輸出信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上描述可以理解，還可以利用其它的各種邏輯門，以其它的各種連接組合方式，來處理各種路數(shù)的分頻信號，以還原得到與輸入信號相同的輸出信號。圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入輸出設(shè)備的框圖，與圖2所示的第一實施例相比，其中的移位寄存器及異或門電路替換為可編程邏輯器件(PLD)，具體地，以可編程邏輯器件150來實現(xiàn)分頻裝置100，以光電耦合器250來實現(xiàn)隔離裝置200，以可編程邏輯器件350實現(xiàn)還原裝置300?？删幊踢壿嬈骷?50可以通過如下的硬件描述語言來實現(xiàn)把輸入信號分頻為多路的分頻信號if ((Input = = IMtempInput = = 0) | (Input = = OMtempInput ==1)) thenQ7 = Q6Q6 = Q5Q5 = Q4Q4 = Q3Q3 = Q2Q2 = QlQl = QOQO = ！ Q7End ifTempInput = Input其中，Input為輸入信號，TempInput為臨時變量，QO Q7為可編程邏輯器件150
的各路輸出值。經(jīng)可編程邏輯器件150分頻的多路的分頻信號進入光電耦合器250。光電耦合器250可以與第一實施例中的光電耦合器210相同，也可以不同，可以是現(xiàn)有的光電耦合器，只要其所能夠處理的信號的頻率上限高于可編程邏輯器件150分頻后的信號的頻率即可。光電耦合器250也可以是多個光電耦合器元件組成的陣列，以應(yīng)對多路的信號。經(jīng)光電耦合器250電-光-電轉(zhuǎn)換的多路的分頻信號進入可編程邏輯器件350。 可編程邏輯器件350可以通過如下的硬件描述語言來實現(xiàn)將多路的分頻信號還原為與最初的輸入信號相同的輸出信號Output = D0"DrD2"D3"D4"D5"D6"D7其中Output為輸出信號，DO D7是經(jīng)過光電耦合器的各路分頻信號的值。盡管在第二實施例的描述中，以通過具體的編程語言將輸入信號8分頻并還原為例來進行說明，然而這僅僅是一個說明性的示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上描述可以理解， 能夠以其它編程語言及接線方式來實現(xiàn)將輸入信號以其它分頻數(shù)分頻為其它路數(shù)的分頻信號，并以其它編程語言及接線方式來實現(xiàn)將該多路的分頻信號還原為與輸入信號相同的輸出信號。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以認識到，還可以通過將第一實施例和第二實施例的元素拆分組合構(gòu)成其它實施例來實施本發(fā)明。例如，可以由移位寄存器110或圖3所示分頻裝置10、光電耦合器210或光電耦合器250、及可編程邏輯器件350構(gòu)成輸入輸出設(shè)備，或者可以由可編程邏輯器件150或圖3所示分頻裝置10、光電耦合器210或光電耦合器250、及異或門電路310或異或門電路320或異或門電路330構(gòu)成輸入輸出設(shè)備。上述各種組合均可以實現(xiàn)處理比其中的光電耦合器所能夠處理的頻率(速度)高的頻率(速度)的信號， 降低了成本并提高了設(shè)備的處理能力及應(yīng)用范圍。根據(jù)以上通過多個實施例及其變體對于根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到能夠?qū)⒈景l(fā)明實施為相應(yīng)的輸入輸出方法。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出方法的流程圖，該輸入輸出方法包括分頻步驟 S100,由前述分頻裝置100實施，以接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離步驟S200，由前述隔離裝置200實施，以接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原步驟S300，由前述還原裝置300實施，以接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該輸出信號與所述輸入信號相同。其中，該分頻步驟SlOO具體地可以通過前述的移位寄存器110或可編程邏輯器件 150來實施；該隔離步驟S200具體地可以通過前述的光電耦合器210或光電耦合器250來實施；該還原步驟S300具體地可以通過前述的異或門電路310、異或門電路320、異或門電路330、或可編程邏輯器件350來實施。圖8示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備及方法進行信號處理的效果示意圖。圖 9示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的輸入輸出設(shè)備及方法進行信號處理的效果另一示意圖。如圖8及圖9所示，其中白色塊代表低電平(=0)，黑色塊代表高電平(=1)，0、 1、2、3、4、5、6、7代表各路分頻信號。與高頻的輸入信號相比，各路的分頻信號的頻率為其 1/8，從而能夠經(jīng)由發(fā)揮光電隔離功能的低速光電耦合器的電-光-電轉(zhuǎn)換，而還原為與輸入信號相同的輸出信號，從而實現(xiàn)了利用低速光電耦合器來進行高速的信號輸入輸出。本發(fā)明已經(jīng)參考具體實施例進行了詳細說明。然而，很明顯，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤├龍?zhí)行更改和替換。換句話說，本發(fā)明用說明的形式公開，而不是被限制地解釋。要判斷本發(fā)明的要旨，應(yīng)該考慮所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種輸入輸出設(shè)備，包括分頻裝置，用于接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離裝置，用于從所述分頻裝置接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號， 并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原裝置，用于從所述隔離裝置接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該輸出信號與所述輸入信號相同。
2.按照權(quán)利要求1所述的輸入輸出設(shè)備，其中， 所述分頻裝置為移位寄存器。
3.按照權(quán)利要求1所述的輸入輸出設(shè)備，其中， 所述分頻裝置為可編程邏輯器件。
4.按照權(quán)利要求1所述的輸入輸出設(shè)備，其中， 所述隔離裝置為光電耦合器。
5.按照權(quán)利要求1所述的輸入輸出設(shè)備，其中， 所述還原裝置由異或門電路組成。
6.按照權(quán)利要求1所述的輸入輸出設(shè)備，其中， 所述還原裝置為可編程邏輯器件。
7.一種輸入輸出方法，包括分頻步驟，接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離步驟，接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原步驟，接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號， 該輸出信號與所述輸入信號相同。
8.按照權(quán)利要求7所述的輸入輸出方法，其中， 通過移位寄存器實施所述分頻步驟。
9.按照權(quán)利要求7所述的輸入輸出方法，其中， 通過可編程邏輯器件實施所述分頻步驟。
10.按照權(quán)利要求7所述的輸入輸出方法，其中， 通過光電耦合器實施所述隔離步驟。
11.按照權(quán)利要求7所述的輸入輸出方法，其中， 通過異或門電路實施所述還原步驟。
12.按照權(quán)利要求7所述的輸入輸出方法，其中， 通過可編程邏輯器件實施所述還原步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輸入輸出設(shè)備，包括分頻裝置，用于接收輸入信號，對該輸入信號分頻而得到多路的第一分頻信號，并輸出該多路的第一分頻信號；隔離裝置，用于從所述分頻裝置接收所述多路的第一分頻信號，將該多路的第一分頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后再轉(zhuǎn)換為與該多路的第一分頻信號相同的多路的第二分頻信號，并輸出該多路的第二分頻信號；以及還原裝置，用于從所述隔離裝置接收所述多路的第二分頻信號，將該多路的第二分頻信號還原為輸出信號，該輸出信號與所述輸入信號相同。本發(fā)明還相應(yīng)地提供一種輸入輸出方法。
文檔編號H03K19/14GK102340306SQ201010232690
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者葉均 申請人:施耐德電器工業(yè)公司