CN114844519B - 一种本安电路与非本安电路的隔离装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种本安电路与非本安电路的隔离装置，包括：射频信号传输单元及至少一个射频信号回路单元；所述射频信号传输单元包括至少两个电容，所述射频信号传输单元中的各电容串联在射频走线中，用于传输射频信号并阻断直流信号；每一所述射频信号回路单元包括至少两个电容，同一所述射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，用于为射频信号提供回路通路并阻断直流回路，从而提高本安电路的安全性。

Description

一种本安电路与非本安电路的隔离装置

技术领域

本申请涉及射频电路技术领域，特别是涉及一种本安电路与非本安电路的隔离装置。

背景技术

本安电路指本质安全型电路，即在设备正常工作或出现可预见的故障时，所产生的任何电火花或热效应均不能点燃规定的可燃性环境的电路。若本安电路与非本安电路间传输的是射频信号，为了防止非本安电路中的电火花、电弧等危险能量进入本安电路，两部分电路无法直接相连，需要在本安电路和非本安电路之间加入隔离电路，同时保证本安电路与非本安电路间的射频信号正常传输，如图1a所示。

如图1b和图1c所示，图1b为现有技术中的隔离电路的电路图，图1c则示出了现有技术中隔离电路的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)器件布局示意图，包括C1、C2、C3、C4、C5五个电容，C1串在RF(Radio Frequency，射频)线中用于传输射频信号，C2～C5并联后串联在GND(Ground，地平面)上为射频信号传输提供回流通路，并且为了降低射频传输损耗，本安电路与非本安电路的GND间距D1和D2均小于0.5mm(millimeter，毫米)。这样的电路中任何一个电容故障导通，此隔离电路都会失效，且GND间距太小，非本安电路中的电火花、电弧等危险能量有可能直接打到本安电路中，产生安全隐患。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种本安电路与非本安电路的隔离装置，以实现提高本安电路的安全性。具体技术方案如下：

本申请实施例提供了一种本安电路与非本安电路的隔离装置，所述隔离装置包括：射频信号传输单元及至少一个射频信号回路单元；

所述射频信号传输单元包括至少两个电容，所述射频信号传输单元中的各电容串联在射频走线中，用于传输射频信号并阻断直流信号；

每一所述射频信号回路单元包括至少两个电容，同一所述射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，用于为射频信号提供回路通路并阻断直流回路。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置还包括：至少一个限流单元，每一所述限流单元包括至少一个电阻，同一所述限流单元中的电阻串联，所述限流单元与所述射频走线及所述地回路串联。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置包括多个所述限流单元，各所述限流单元并联。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置位于印制电路板中，所述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间；

所述隔离装置包括一个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

所述射频信号回路单元位于所述底层。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置位于印制电路板中，所述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间；

所述隔离装置包括至少两个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

至少一个射频信号回路单元位于所述顶层，其他的射频信号回路单元位于所述底层。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置还包括：金属层；所述金属层位于所述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间。

本申请的一个实施例中，所述金属层为铜箔层。

本申请的一个实施例中，所述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间金属层的宽度大于该两个电容之间间隙的宽度。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置还包括顶层绝缘层结构，所述顶层绝缘层结构设置在所述顶层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述顶层绝缘层结构的总宽度大于预设第一阈值。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置还包括底层绝缘层结构，所述底层绝缘层结构设置在所述底层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述底层绝缘层结构的总宽度大于预设第二阈值。

本申请实施例有益效果：

本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置，利用包括至少两个电容的射频信号传输单元传输射频信号并阻断直流信号，再利用包括至少两个电容的多个射频信号回路单元为射频信号提供回路通路并阻断直流回路，以使得隔离装置在传输射频信号过程中不受直流信号的影响，同时提高射频信号传输的效率；且将射频信号传输单元中各电容串联在射频走线中，将同一射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，将多个电容分别串联在不同的回路单元中，不仅能够提高隔离装置的耐压值，还能减少因隔离装置中单一电容故障而导致无法阻断直流信号的情况，降低隔离装置整体故障导通导致隔离失效的风险，提高隔离装置的可靠性，从而提高本安电路的安全性。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1a为现有技术中本安电路和非本安电路以及隔离电路的位置结构示意图；

图1b为现有技术中的隔离电路的电路结构示意图；

图1c为现有技术中隔离电路的PCB器件布局结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的第二种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的第三种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图；

图4a为本申请实施例提供的一种印制电路板的平面结构示意图；

图4b为本申请实施例提供的第一种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第二种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第三种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图；

图7为本申请实施例提供的第四种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

由于现有技术中本安电路与非本电路之间需要隔离，且现有的隔离电路容易失效，从而给本安电路带来安全隐患。为了解决这个问题，本申请实施例提供了一种本安电路与非本安电路的隔离装置。

下面通过具体实施例对本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置进行详细说明。

参见图2，图2提供了本申请实施例中第一种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图，包括：

射频信号传输单元及至少一个射频信号回路单元；

所述射频信号传输单元包括至少两个电容，所述射频信号传输单元中的各电容串联在射频走线中，用于传输射频信号并阻断直流信号；

每一所述射频信号回路单元包括至少两个电容，同一所述射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，用于为射频信号提供回路通路并阻断直流回路。

上述隔离装置位于本安电路与非本安电路之间，分别与本安电路及非本安电路连通，将本安电路与非本安电路相互隔离，并且使得本安电路与非本安电路在互不连通的情况下能够传输射频信号。本申请实施例中，隔离装置可以为隔离电路，隔离电路具有射频走线和地平面(也称地回路)，其中，射频走线用于传输射频信号，而地平面则分别与本安电路及非本安电路中的GND(地)相连通，形成本安电路与非本安电路之间的地回路，为射频信号的传输提供回路通路。

当隔离装置为隔离电路时，上述射频信号传输单元为隔离电路中的部分回路，包括至少两个电容，例如，可以为两个、三个或四个等；射频信号传输单元中的各电容之间相互连通，具体的，射频信号传输单元位于隔离电路的射频走线中，且射频信号传输单元中的各电容串联，即射频信号传输单元中的各电容串联在上述隔离电路的射频走线中。

当隔离装置与本安电路及非本安电路连通，对本安电路及非本安电路进行隔离时，射频信号传输单元中串联的各电容使得射频信号传输单元在传输射频信号的同时，还可以阻断直流信号。直流信号即为射频信号传输过程中的杂质信号。

隔离电路中还包括一个或多个射频信号回路单元，射频信号回路单元为与射频信号传输单元位于同一电路中的另一部分回路，且与射频信号传输单元相互连通。射频信号回路单元位于隔离电路的地平面中，上文提到，隔离电路的地平面与本安电路及非本安电路中的GND相连通，形成本安电路与非本安电路之间的地回路，则射频信号回路单元位于本安电路与非本安电路之间的地回路中。

每一个射频信号回路单元均包括至少两个电容，且同一射频信号回路单元中的各电容串联，即同一射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中。当隔离装置包括多个射频信号回路单元时，多个射频信号回路单元并联在本安电路与非本安电路之间的地回路中。

当隔离装置与本安电路及非本安电路连通，对本安电路及非本安电路进行隔离时，各射频信号回路单元中串联的各电容为射频信号提供回路通路的同时，可以阻断直流回路，阻止直流信号的传输，隔离直流信号。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置，利用包括至少两个电容的射频信号传输单元传输射频信号并阻断直流信号，再利用包括至少两个电容的多个射频信号回路单元为射频信号提供回路通路并阻断直流回路，以使得隔离装置在传输射频信号过程中不受直流信号的影响，提高射频信号传输的效率；且将射频信号传输单元中各电容串联在射频走线中，将同一射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，将多个电容分别串联在不同的回路单元中，与现有技术中的单电容相比，不仅能够提高隔离装置的耐压值，还能减少因隔离装置中单一电容故障而导致无法阻断直流信号的情况，降低隔离装置整体故障导通导致隔离失效的风险，提高隔离装置的可靠性，从而提高本安电路的安全性。

本申请的一个实施例中，参见图3a，图3a为本申请实施例中第二种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图，上述隔离装置还包括：

至少一个限流单元，每一所述限流单元包括至少一个电阻，同一所述限流单元中的电阻串联，所述限流单元与所述射频走线及所述地回路串联。

上文提到，隔离装置可以是隔离电路，则限流单元可以是隔离电路中的部分回路，与射频信号传输单元和射频信号回路单元位于同一电路中，且三者相互连通。上述射频信号传输单元位于隔离电路的射频走线中，射频信号回路单元位于本安电路与非本安电路之间的地回路中，而限流单元则位于射频走线和地回路之间，且与射频走线及地回路串联。

隔离装置可以包括一个或多个限流单元，每一个限流单元中可以包括一个或多个电阻。在隔离装置中，同一个限流单元中的各电阻串联，不同的限流单元并联。

当隔离电路中射频信号传输单元和射频信号回路单元中的电容发生故障时，电容故障导通会在隔离装置中瞬间产生脉冲能量，而限流单元则可以限制隔离电路中电流的大小，使得脉冲能量得到缓冲。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置，将包括至少一个电阻的限流单元与射频走线及地回路串联，能够限制隔离装置中回路的电流大小，在隔离装置中射频信号传输单元和射频信号回路单元中的电容发生故障导通时，降低隔离装置回路出现故障的风险。

本申请的一个实施例中，参见图3b，提供了本申请实施例中第三种本安电路与非本安电路的隔离装置的电路结构示意图。上述隔离装置可以包括多个限流单元，各限流单元并联，即同一限流单元中的各电阻串联之后与其他限流单元并联。将各限流单元并联之后再串联在射频走线和地回路之间。

在本申请实施例中，各限流单元并联之后再串联在射频走线和地回路之间，即使单一限流单元出现故障，其他限流单元仍可以正常工作，能够增加隔离装置的安全性。

本申请的一个实施例中，上述隔离装置位于印制电路板中，如图4a所示，提供了一种印制电路板的平面结构示意图，上述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间。

参见图4b，图4b提供了第一种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图，上述隔离装置包括：一个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

所述射频信号回路单元位于所述底层。

印制电路板是电路在实际应用中各电子元器件的支撑体，用于对隔离装置中各电子元器件相互进行电气连接。隔离装置可以通过电子印刷术印制在印制电路板中。

上述隔离装置包括一个射频信号传输单元和一个射频信号回路单元，以及限流单元。限流单元和射频信号传输单元位于印制电路板的顶层，射频信号回路单元位于印制电路板的底层，顶层中的限流单元和射频信号传输单元与底层中的射频信号回路单元通过印制电路板的介质层相互连通，使得隔离装置整体形成闭合回路。

一个例子中，射频信号传输单元可以位于射频信号回路单元的正上方。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置位于印制电路板中的时候，限流单元和射频信号传输单元位于印制电路板的顶层，射频信号回路单元位于印制电路板的底层，且通过印制电路板的介质层连通。实现了将隔离装置印制在印制电路板上，从而提高了隔离装置在实际应用中的可用性，为隔离装置的实现提供更多的可操作性。

本申请的一个实施例中，如图5所示，提供了第二种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图，上述隔离装置位于印制电路板中，所述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间；

所述隔离装置包括至少两个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

至少一个射频信号回路单元位于所述顶层中，其他的射频信号回路单元位于所述底层中。

上述隔离装置包括一个射频信号传输单元和至少两个射频信号回路单元，还可以包括限流单元，即包括多个射频信号回路单元。限流单元和射频信号传输单元位于印制电路板的顶层。至少一个射频信号回路单元位于印制电路板的顶层，在顶层中与限流单元和射频信号传输单元相连，其他射频信号回路单元则位于印制电路板的底层。图5中以两个射频信号回路单元为例，其中，一个射频信号回路单元位于顶层中，且处于本安电路与非本安电路之间的地回路中；一个射频信号回路单元位于顶层中，且处于本安电路与非本安电路之间的地回路中；使得隔离装置整体形成闭合回路。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置包括至少两个射频信号回路单元和限流单元以及射频信号传输单元，当隔离装置位于印制电路板中时，限流单元和射频信号传输单元位于印制电路板的顶层，至少一个射频信号回路单元位于印制电路板的顶层，在顶层中与限流单元和射频信号传输单元相连，其他射频信号回路单元则位于印制电路板的底层，且通过印制电路板的介质层与顶层中的回路单元连通。实现了将具有更丰富结构的隔离装置印制在印制电路板上，印制电路板的顶层与底层的回路均可以通过射频信号回路单元进行保护，从而提高了隔离装置在实际应用中的可用性，为隔离装置的实现提供更多的可操作性。

本申请的一个实施例中，参见图6，图6提供了第三种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图，上述隔离装置还包括：金属层；所述金属层位于所述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间。

金属层由导电材料构成，位于射频信号回路单元中相邻的两个电容之间，用于将相邻的两个电容相互连通。本申请的一个实施例中，金属层可以为由铝箔构成的铝箔层，金属层也可以为铜箔层，还可以为银箔层等。

本申请的一个实施例中，上述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间金属层的宽度大于该两个电容之间间隙的宽度。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置还包括金属层，金属层可以是铜箔层，用于连接底层射频信号回路单元中相邻的两个电容，同时保证顶层射频信号传输单元中电容之间射频走线结构的完整性，降低射频信号的传输损耗，从而使得射频信号在位于印制电路板中的隔离电路中能够有效且高效地传输。此外，射频信号回路单元中相邻的两个电容之间金属层的宽度大于该两个电容之间间隙的宽度，可以保证金属层能够填满两个电容之间的间隙，从而可以进一步降低射频信号的传输损耗，使得射频信号在隔离电路中能够有效且高效地传输。

本申请的一个实施例中，参见图7，图7提供了第四种隔离装置在印制电路板中的平面结构示意图，上述隔离装置还包括顶层绝缘层结构，所述顶层绝缘层结构设置在所述顶层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述顶层绝缘层结构的总宽度大于预设第一阈值。

顶层绝缘层结构为绝缘材料的层结构。顶层绝缘层结构位于隔离装置所在的印制电路板的顶层中，且位于本安电路与非本安电路之间，用于在印制电路板的顶层中对本安电路和非本安电路进行物理层面的隔离，则顶层绝缘层结构的总宽度可以是本安电路与非本安电路的地平面之间的间距。

上述预设第一阈值为一个预先设定的宽度值，当印刷电路板的顶层绝缘层结构总宽度大于该宽度值时，本安电路与非本安电路能够被有效隔离。

上文提到，射频信号传输单元位于射频走线中，且位于隔离装置所在的印制电路板的顶层中，则顶层绝缘层结构的总宽度D1可以与射频信号传输单元的总宽度相同。

一个例子中，顶层绝缘层结构的总宽度可以为12mm(millimeter，毫米)。

本申请的一个实施例中，所述隔离装置还包括底层绝缘层结构，所述底层绝缘层结构设置在所述底层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述底层绝缘层结构的总宽度大于预设第二阈值。

底层绝缘层结构为绝缘材料的层结构。上文提到，射频信号回路单元位于本安电路与非本安电路之间的地回路中，且隔离装置所在的印制电路板的底层中只有射频信号回路单元。而底层绝缘层结构位于隔离装置所在的印制电路板的底层中，且位于本安电路与非本安电路之间，用于在印制电路板的底层中对本安电路和非本安电路进行物理层面的隔离，则底层绝缘层结构的总宽度可以是本安电路与非本安电路的地平面之间的间距。底层中还包括铜箔层，铜箔层可以位于两个底层绝缘层结构之间，例如图7所示，D2及D3分别为两个底层绝缘层结构的宽度，两个底层绝缘层结构中间的层结构即为铜箔层。

上述预设第二阈值为一个预先设定的宽度值，当印刷电路板的底层绝缘层结构总宽度大于该宽度值，即本安电路与非本安电路的地平面之间的间距大于该宽度值时，本安电路与非本安电路能够被有效隔离。

射频信号回路单元位于底层，底层绝缘层结构的总宽度(D2+D3)可以与射频信号回路单元中各电容的宽度之和相同。

一个例子中，底层绝缘层结构的总宽度可以为6mm。

由上可见，本申请实施例提供的本安电路与非本安电路的隔离装置，通过隔离装置所在的印制电路板的顶层中的顶层绝缘层结构和底层中的底层绝缘层结构，对本安电路与非本安电路在顶层和底层分别进行物理层面的隔离，降低非本安电路中危险能量打到本安电路中的风险，提高了本安电路的安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种本安电路与非本安电路的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置包括：射频信号传输单元及至少一个射频信号回路单元；

所述射频信号传输单元包括至少两个电容，所述射频信号传输单元中的各电容串联在射频走线中，用于传输射频信号并阻断直流信号；

每一所述射频信号回路单元包括至少两个电容，同一所述射频信号回路单元中的各电容串联在本安电路与非本安电路之间的地回路中，用于为射频信号提供回路通路并阻断直流回路。

2.根据权利要求1所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括：至少一个限流单元，每一所述限流单元包括至少一个电阻，同一所述限流单元中的电阻串联，所述限流单元与所述射频走线及所述地回路串联。

3.根据权利要求2所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置包括多个所述限流单元，各所述限流单元并联。

4.根据权利要求2所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置位于印制电路板中，所述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间；

所述隔离装置包括一个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

所述射频信号回路单元位于所述底层。

5.根据权利要求2所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置位于印制电路板中，所述印制电路板包括：顶层、底层和介质层，所述介质层位于所述顶层与所述底层之间；

所述隔离装置包括至少两个射频信号回路单元；

所述限流单元及所述射频信号传输单元位于所述顶层；

至少一个射频信号回路单元位于所述顶层，其他的射频信号回路单元位于所述底层。

6.根据权利要求4或5所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括：金属层；所述金属层位于所述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间。

7.根据权利要求6所述的隔离装置，其特征在于，所述金属层为铜箔层。

8.根据权利要求6所述的隔离装置，其特征在于，所述射频信号回路单元中相邻的两个电容之间金属层的宽度大于该两个电容之间间隙的宽度。

9.根据权利要求6所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括顶层绝缘层结构，所述顶层绝缘层结构设置在所述顶层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述顶层绝缘层结构的总宽度大于预设第一阈值。

10.根据权利要求6所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括底层绝缘层结构，所述底层绝缘层结构设置在所述底层中、且位于所述本安电路与所述非本安电路之间，所述底层绝缘层结构的总宽度大于预设第二阈值。