CN102355263B

CN102355263B - 一种改进的信号采集调理电路

Info

Publication number: CN102355263B
Application number: CN201110135032.9A
Authority: CN
Inventors: 刘其辉; 李万杰
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: CN102355263A

Abstract

本发明公开了电路设计技术领域中的一种改进的信号采集调理电路。包括射极跟随模块、比例运算模块和电平偏置与滤波模块；电平偏置与滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和1个运算放大器；其中，第一电阻串联连接在比例运算模块输出端和M端；第二电阻一端连接在M端，另一端接偏置电压；第三电阻串联连接M端和运算放大器的反相输入端；第四电阻并联连接M端和运算放大器的输出端；第一电容并联连接运算放大器的反相输入端和输出端；第二电容串联连接M端和接地端；运算放大器的同相输入端接地。本发明采用一个电路模块完成了电平偏置与滤波两项功能，减少了元件的使用，减低了电路故障率。

Description

一种改进的信号采集调理电路

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，尤其涉及一种改进的信号采集调理电路。

背景技术

目前，常用的信号采集调理电路如图1所示。图1中，该电路包括射极跟随模块1、比例运算模块2、电平偏置模块3、滤波模块4。其中，U₁为射极跟随电路，比例运算模块2由电阻R₂、R₃、R₄和比例运算放大器U₂构成，电平偏置模块3由电阻R₅、R₆、R₇、R₈和U₃构成，滤波模块4由R₉、R₁₀、C₁、C₂和U₄构成。该电路的工作原理是：输入信号先经过采样电阻R₁，将霍尔元件输出的电流信号转换为电压信号，然后经过一电压跟随器，以增强带负载能力；再经过比例运算模块2，将信号幅值适当的放大或减小；之后，经过运放组成的加减法运算其进行电平偏置，将负电位提到零以上。之所以要进行电平偏置，是因为采集后的信号要送到数字信号处理器(DSP)进行AD变换，而数字信号处理器只能接收单极性电平(0～3V)。最后，将信号经过滤波模块4滤除干扰，即可进行AD变换。

从图1中可以看出，常用的信号采集调理电路使用器件多，占用空间大，电路故障率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的信号采集调理电路，用于解决常用的信号采集调理电路使用器件多、占用空间大、电路故障率高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种改进的信号采集调理电路，包括射极跟随模块、比例运算模块和用于实现电平偏置与滤波功能的电平偏置与滤波模块，其特征是所述电平偏置与滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和1个运算放大器；

其中，第一电阻串联连接在比例运算模块输出端和M端；

第二电阻一端连接在M端，另一端接偏置电压；

第三电阻串联连接M端和运算放大器的反相输入端；

第四电阻并联连接M端和运算放大器的输出端；

第一电容并联连接运算放大器的反相输入端和输出端；

第二电容串联连接M端和接地端；

运算放大器的同相输入端接地。

所述电路滤波的截止频率为1KHz时，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值为3.3KΩ，第四电阻的阻值为6.4KΩ，第一电容为0.01μF，第二电容0.12μF。

本发明在实现常用的信号采集调理电路功能的同时，减少元件的使用，节约了空间，减低了电路故障率。

附图说明

图1是常用的信号采集调理电路图；

图2是改进的信号采集调理电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图2是改进的信号采集调理电路图。图2中，改进的信号采集调理电路，包括射极跟随模块1、比例运算模块2和电平偏置与滤波模块5。其中，射极跟随模块1、比例运算模块2与现有技术相同。

电平偏置与滤波模块5包括第一电阻R₅、第二电阻R₆、第三电阻R₇、第四电阻R₈、第一电容C₁、第二电容C₂和1个运算放大器U₃。其中，第一电阻R₅串联连接在比例运算模块2的输出端和M端；第二电阻R₆一端连接在M端，另一端接偏置电压Bias；第三电阻R₇串联连接M端和运算放大器U₃的反相输入端；第四电阻R₈并联连接M端和运算放大器U₃的输出端；第一电容C₁并联连接运算放大器U₃的反相输入端和输出端；第二电容C₂串联连接M端和接地端；运算放大器U₃的同相输入端接地。

在本发明中，输入电流信号经过精密采样电阻R₁变为电压信号，经过跟随器U₁后从R₂输入，经过反相比例调节器U₂，通过调节R₃适当放大或缩小其幅值，如将其调整为峰值为1.5V的正弦波，经过U₂的输出端输出，进入电平偏置与滤波电路5。Bias为偏置电平输入端，通过叠加偏置电平(-1.5V)，即可将正弦信号的负电位抬至零电位以上。

调节电平偏置与滤波模块5的第一电阻R₅、第二电阻R₆、第三电阻R₇、第四电阻R₈、第一电容C₁和第二电容C₂的值，可以使运算放大器的截止频率为1KHz。其计算过程依据如下公式：

R_{6} = R_{7} = - \frac{R_{9}}{A_{0}},

R_{8} = \frac{b_{1}}{4 * π^{2} * f c^{2} * C_{1} * C_{2} * R_{9}}

R_{9} = \frac{a_{1} * C_{2} - \sqrt{{a_{1}}^{2} * {C_{2}}^{2} - 4 C_{1} * C_{2} * b_{1} * (1 - 2 * A_{0})}}{4 * π * f_{c} * C_{1} * C_{2}}

其中，A₀为滤波器输出反相增益，为负数；a₁为

b₁为1；f_c为滤波截止频率，同时满足

通过上述公式，可以计算出使运算放大器U₃的截止频率为1KHz时，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值为3.3KΩ，第四电阻的阻值为6.4KΩ，第一电容为0.01μF，第二电容0.12μF。

与常用信号采集调理电路相比，改进后的信号采集调理电路省去了元件R₉、R₁₀和U₄，在实现常用的信号采集调理电路的功能的同时，减少元件的使用，节约了空间，减低了电路故障率，提高了稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种改进的信号采集调理电路，包括射极跟随模块、比例运算模块和用于实现电平偏置与滤波功能的电平偏置与滤波模块，其特征是所述电平偏置与滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和1个运算放大器；

其中，第一电阻串联连接在比例运算模块输出端和M端；

第二电阻一端连接在M端，另一端接偏置电压；

第三电阻串联连接M端和运算放大器的反相输入端；

第四电阻并联连接M端和运算放大器的输出端；

第一电容并联连接运算放大器的反相输入端和输出端；

第二电容串联连接M端和接地端；

运算放大器的同相输入端接地；

所述M端位于第一电阻和第三电阻之间。

2.根据权利要求1所述的一种改进的信号采集调理电路，其特征是所述运算放大器的截止频率为1KHz时，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值为3.3KΩ，第四电阻的阻值为6.4KΩ，第一电容为0.01μF，第二电容0.12μF。