CN103117735A - 一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路。本发明包括脉冲滤波整形电路和信号调制处理电路，具体包括连接件、正电源电容、负电源电容、输入电阻、输入电容、施密特触发器、模拟开关、电压基准芯片、滤波运放、反相运放、输出电阻、滤波电阻、负端滤波电容、正端滤波电容、负端电阻、反馈电阻、反馈电容、正端电阻、选择开关，连接件的脉宽信号输入端与输入电阻连接，施密特触发器的单元B输出端与模拟开关的控制端连接，电压基准芯片的输出端与模拟开关的常开端连接，反相运放的输出端与选择开关的常闭端连接，模拟开关的输出端与输出电阻的一端连接，滤波运放的输出端与连接件的输出端连接。本发明电路转换精度高、通用性强。

Description

一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路

技术领域

本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路，适用于要求将脉宽调制（PWM）信号转换为单极性或双极性的精密模拟电压信号的场合。

背景技术

脉宽调制（PWM）信号是各类微处理器、测控仪表或系统中常用的一种信号形式，但在模拟量测控仪表或系统中，则要求将其转换成模拟量电压或电流信号。目前常用的脉宽/电压信号转换方法主要是：直接将脉宽调制（PWM）信号经阻容滤波及跟随器阻抗变换等信号调理后产生直流模拟信号，上述方法存在的问题是：微处理器或仪表中发出的脉宽调制（PWM）信号的幅值受到直流供电电源电压的波动及负载波动的影响，尤其是当需将脉宽调制（PWM）信号转换成双极性模拟量电压信号时还需增加信号迁移、放大等处理电路，这些都是导致转换精度不够高的原因所在。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路。该电路利用脉宽调制（PWM）信号控制高速模拟开关对精密基准电压源信号进行开关调制，然后经高性能低通滤波处理，从而生产单极性或双极性的精密模拟量电压信号。

本发明包括脉冲滤波整形电路和信号调制处理电路。

脉冲滤波整形电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、输入电容C1、正电源电容C4、负电源电容C5、输入电阻R1；连接件CN1的正电源端+V端与电路正电源端VCC、正电源电容C4的正极连接；连接件CN1的负电源端-V端与电路负电源端VSS、负电源电容C5的负极连接；连接件CN1的地端GND端、正电源电容C4的负极、负电源电容C5的正极均接地；连接件CN1的脉宽信号输入端PWM端与输入电阻R1的一端连接，输入电阻R1的另一端与输入电容C1的一端、施密特触发器IC1的单元A输入端A端连接，输入电容C1的另一端接地；施密特触发器IC1的单元A输出端G＝/A端与施密特触发器IC1的单元B输入端B端连接，施密特触发器IC1的单元B输出端H＝/B端与模拟开关IC2的控制端IN端连接，施密特触发器IC1的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器IC1的地端GND端接地；

信号调制处理电路包括模拟开关IC2、电压基准芯片IC3、滤波运放IC4、反相运放IC5、输出电阻R2、滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、正端电阻R6、负端滤波电容C2、正端滤波电容C3、反馈电容C6、选择开关K1；电压基准芯片IC3的输入端IN端与电路正电源端VCC连接，电压基准芯片IC3的地端GND端接地，IC3的输出端OUT端同时与模拟开关IC2的常开端NO端、负端电阻R4的一端连接；负端电阻R4的另一端与反相运放IC5的负输入端-IN端、反馈电阻R5的一端、反馈电容C6的一端连接；反相运放IC5的正输入端+IN端与正端电阻R6的一端连接，正端电阻R6的另一端接地；反相运放IC5的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，反相运放IC5的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；IC5的输出端OUT端与反馈电阻R5的另一端、反馈电容C6的另一端、选择开关K1的常闭端D端连接，选择开关K1的常开端S端接地，选择开关K1的公共端COM端与模拟开关IC2的常闭端NC端连接；模拟开关IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，模拟开关IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；模拟开关IC2的地端GND端接地，模拟开关IC2的输出端COM端与输出电阻R2的一端连接，输出电阻R2的另一端与滤波电阻R3的一端、负端滤波电容C2的一端连接，滤波电阻R3的另一端与正端滤波电容C3的一端、滤波运放IC4的正输入端+IN端连接，正端滤波电容C3的另一端接地；滤波运放IC4的负输入端-IN端与滤波运放IC4的输出端OUT端、负端滤波电容C2的另一端、连接件CN1的输出端OUT端连接；滤波运放IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，滤波运放IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接。

本发明的有益效果如下：

本发明利用周期性脉宽信号控制模拟开关对电压基准信号进行调制，将周期性脉宽信号转换为单极性（K1→S）或双极性（K1→D）的精密模拟电压信号，该方法电路简单、精度高、成本低、通用性强。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路，包括脉冲滤波整形电路和信号调制处理电路。

脉冲滤波整形电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、输入电容C1、正电源电容C4、负电源电容C5、输入电阻R1；连接件CN1的正电源端+V端与电路正电源端VCC、正电源电容C4的正极连接；连接件CN1的负电源端-V端与电路负电源端VSS、负电源电容C5的负极连接；连接件CN1的地端GND端、正电源电容C4的负极、负电源电容C5的正极均接地；连接件CN1的脉宽信号输入端PWM端与输入电阻R1的一端连接，输入电阻R1的另一端与输入电容C1的一端、施密特触发器IC1的单元A输入端A端连接，输入电容C1的另一端接地；施密特触发器IC1的单元A输出端G＝/A端与施密特触发器IC1的单元B输入端B端连接，施密特触发器IC1的单元B输出端H＝/B端与模拟开关IC2的控制端IN端连接，施密特触发器IC1的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器IC1的地端GND端接地；

信号调制处理电路包括模拟开关IC2、电压基准芯片IC3、滤波运放IC4、反相运放IC5、输出电阻R2、滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、正端电阻R6、负端滤波电容C2、正端滤波电容C3、反馈电容C6、选择开关K1；电压基准芯片IC3的输入端IN端与电路正电源端VCC连接，电压基准芯片IC3的地端GND端接地，IC3的输出端OUT端同时与模拟开关IC2的常开端NO端、负端电阻R4的一端连接；负端电阻R4的另一端与反相运放IC5的负输入端-IN端、反馈电阻R5的一端、反馈电容C6的一端连接；反相运放IC5的正输入端+IN端与正端电阻R6的一端连接，正端电阻R6的另一端接地；反相运放IC5的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，反相运放IC5的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；IC5的输出端OUT端与反馈电阻R5的另一端、反馈电容C6的另一端、选择开关K1的常闭端D端连接，选择开关K1的常开端S端接地，选择开关K1的公共端COM端与模拟开关IC2的常闭端NC端连接；模拟开关IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，模拟开关IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；模拟开关IC2的地端GND端接地，模拟开关IC2的输出端COM端与输出电阻R2的一端连接，输出电阻R2的另一端与滤波电阻R3的一端、负端滤波电容C2的一端连接，滤波电阻R3的另一端与正端滤波电容C3的一端、滤波运放IC4的正输入端+IN端连接，正端滤波电容C3的另一端接地；滤波运放IC4的负输入端-IN端与滤波运放IC4的输出端OUT端、负端滤波电容C2的另一端、连接件CN1的输出端OUT端连接；滤波运放IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，滤波运放IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接。

本发明所使用的包括施密特触发器IC1、模拟开关IC2、电压基准芯片IC3、滤波运放IC4、反相运放IC5、连接件CN1等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：施密特触发器采用CD40106，模拟开关采用TS12A12511，电压基准芯片采用REFO2，滤波运放与反相运放均采用TLC2654，连接件采用CH2.54-5等。

本发明中的主要电路参数及输入输出关系如下：

图1中的负端电阻R4与反馈电阻R5间的配合关系如式（1）所示，输出电阻R2与滤波电阻R3间的配合关系如式（2）所示，负端滤波电容C2与正端滤波电容C3间的配合关系如式（3）所示，滤波电阻R3与正端滤波电容C3间的配合关系如式（4）所示，其中的                                               

为本发明电路的低通滤波频带（单位：Hz）。

                                                 （1）

                                                 （2）

                                                （3）

                                             （4）

当需将由连接件CN1的脉宽信号输入端PWM端输入的周期性脉宽信号Up转换成双极性的模拟电压信号输出时，先将选择开关K1置于D端（K1→D，即：K1的D端与其COM端连接），则本发明电路的输出模拟量电压信号Uout与周期性脉宽信号Up中占空比

的关系如式（5）所示，其中的Uref为电压基准芯片IC3输出的基准电压（单位：V）；

                             （5）

当需将由连接件CN1的脉宽信号输入端PWM端输入的周期性脉宽信号Up转换成单极性的模拟电压信号输出时，先将选择开关K1置于S端（K1→S，即：K1的S端与其COM端连接），则本发明电路的输出模拟量电压信号Uout与周期性脉宽信号Up中占空比的关系如式（6）所示。

                                      （6）

本发明工作过程如下：按上述式（1）～式（4）的配合公式整定电路参数，根据式（5）或式（6）的信号变换关系，设置选择开关K1的位置，并经连接件CN1的正、负电源端给本发明电路供电，即可实现将由连接件CN1的脉宽信号输入端输入的周期性脉宽信号转换为单极性（K1→S）或双极性（K1→D）的精密模拟电压信号，并由连接件CN1的输出端OUT端输出。

Claims (1)

1. 一种周期性脉宽/电压信号多功能精密转换电路，包括脉冲滤波整形电路和信号调制处理电路，其特征在于：

脉冲滤波整形电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、输入电容C1、正电源电容C4、负电源电容C5、输入电阻R1；连接件CN1的正电源端+V端与电路正电源端VCC、正电源电容C4的正极连接；连接件CN1的负电源端-V端与电路负电源端VSS、负电源电容C5的负极连接；连接件CN1的地端GND端、正电源电容C4的负极、负电源电容C5的正极均接地；连接件CN1的脉宽信号输入端PWM端与输入电阻R1的一端连接，输入电阻R1的另一端与输入电容C1的一端、施密特触发器IC1的单元A输入端A端连接，输入电容C1的另一端接地；施密特触发器IC1的单元A输出端G＝/A端与施密特触发器IC1的单元B输入端B端连接，施密特触发器IC1的单元B输出端H＝/B端与模拟开关IC2的控制端IN端连接，施密特触发器IC1的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器IC1的地端GND端接地；

信号调制处理电路包括模拟开关IC2、电压基准芯片IC3、滤波运放IC4、反相运放IC5、输出电阻R2、滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、正端电阻R6、负端滤波电容C2、正端滤波电容C3、反馈电容C6、选择开关K1；电压基准芯片IC3的输入端IN端与电路正电源端VCC连接，电压基准芯片IC3的地端GND端接地，IC3的输出端OUT端同时与模拟开关IC2的常开端NO端、负端电阻R4的一端连接；负端电阻R4的另一端与反相运放IC5的负输入端-IN端、反馈电阻R5的一端、反馈电容C6的一端连接；反相运放IC5的正输入端+IN端与正端电阻R6的一端连接，正端电阻R6的另一端接地；反相运放IC5的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，反相运放IC5的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；IC5的输出端OUT端与反馈电阻R5的另一端、反馈电容C6的另一端、选择开关K1的常闭端D端连接，选择开关K1的常开端S端接地，选择开关K1的公共端COM端与模拟开关IC2的常闭端NC端连接；模拟开关IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，模拟开关IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接；模拟开关IC2的地端GND端接地，模拟开关IC2的输出端COM端与输出电阻R2的一端连接，输出电阻R2的另一端与滤波电阻R3的一端、负端滤波电容C2的一端连接，滤波电阻R3的另一端与正端滤波电容C3的一端、滤波运放IC4的正输入端+IN端连接，正端滤波电容C3的另一端接地；滤波运放IC4的负输入端-IN端与滤波运放IC4的输出端OUT端、负端滤波电容C2的另一端、连接件CN1的输出端OUT端连接；滤波运放IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC连接，滤波运放IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS连接。

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