CN104300982A - 高速可设定分辨率的高精度ad采样电路及其控制算法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器，本发明还提供了一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路控制算法，使得使用低分辨率的AD转换器就可以实现高分辨率高精度AD采样，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及高速可设定分辨率的高精度AD采样电路及其控制算法。
背景技术
针对DSP内置AD采样分辨率低问题，传统的解决方法就是选用外置专用高分辨率(高转换位数)的AD转换芯片来提高AD采样分辨率。但是，随着选用AD芯片转换位数增加的同时，不仅转换速率降低而且也面临着成本的大幅度增加问题。现有的技术中，为提高数据采样分辨率，一种方法是直接选用外置较高转换位数的AD芯片，特点是分辨率提高但是转换速率降低且成本增加很大；另一种方法是通过对信号采样电路的合理设计，可在原有的基础上使数据采集电路的分辨率提高一位，特点是分辨率有所提高且成本不高，转换速率有所降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，使得使用低分辨率的AD转换器就可以实现高分辨率高精度AD采样，降低了成本。
本发明之一是这样实现的：一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器。
进一步地，所述差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端。
进一步地，所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端。
进一步地，所述控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2的同相输入端，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接所述第二低分辨率AD转换器的输入端。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，使得使用低分辨率的AD转换器就可以实现高分辨率高精度AD采样，降低了成本。
本发明之二是这样实现的：一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，所述采样电路包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制算法包括如下步骤：
步骤1、设定所需采样分辨率，即确定(△V·K)的值，其中△V为有效误差范围，K为差分放大倍数，通过差分运算放大电路中电阻的阻值确定K值，设定参考值V后加载采样信号，并分别将采样信号及设定参考值信号接入差分信号放大电路，之后第一低分辨率AD转换器对差分信号放大电路输出的信号进行采样及转换，将获取的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值传给处理器；
步骤2、将采样信号经过控制信号放大电路传给第二低分辨率AD转换器，通过第二低分辨率AD转换器对控制信号放大电路传出的信号进行采样及转换，之后将第二路低分辨率采样AD值传给处理器；
步骤3、通过检测比较第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值是否在有效误差范围△V内：若差值在有效误差范围内，则由步骤1所采样的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值是有效的；若差值超出误差范围内，则第一路可设定高分辨率高精度AD采样值无效，则将第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值进行比较并反馈调节采样信号，进入步骤1，直至第二路低分辨率采样AD与设定参考值V之间差值进入有效误差△V范围内，实现测量采样。
进一步地，所述差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端，设定参考值信号输入至运算放大器U1同相输入端，采样信号输入至运算放大器U1的反相输入端，差分运放后输出信号，之后经过电阻R4至低分辨率AD转换器，其中根据电阻R1、R2、R3和Rf的阻值确定差分放大倍数K值。
进一步地，所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端，用于信号滤波。
进一步地，所述控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接至所述第二低分辨率AD转换器的输入端；将采样信号连接至运算放大器U2的反相输入端，控制信号运放输出信号经过电阻R8至第二低分辨率AD转换器。
本发明具有如下优点：本发明一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路及其控制算法，基于低分辨率的AD转换器实现高速可设定高分辨率高精度AD采样的采样电路及其控制算法，简单易行，并且在不提高成本的情况下，提高了其检测的精确度，便于更加精准控制。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的AD采样电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明高速可设定分辨率的AD采样电路，包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述处理器为DSP处理器且所述第一低分辨率AD转换器和所述第二低分辨率AD转换器分别为DSP内置第一路和第二路AD采样器。
本发明中差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端，其中所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端。
本发明中控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2的同相输入端，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接所述第二低分辨率AD转换器的输入端。
本发明高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，其中采样电路包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制算法包括如下步骤：
步骤1、设定所需采样分辨率，即确定(△V·K)的值，其中△V为有效误差范围，K为差分放大倍数，通过差分运算放大电路中电阻的阻值确定K值，设定参考值V后加载采样信号，并分别将采样信号及设定参考值信号接入差分信号放大电路，之后第一低分辨率AD转换器对差分信号放大电路输出的信号进行采样及转换，将获取的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值传给处理器；
步骤2、将采样信号经过控制信号放大电路传给第二低分辨率AD转换器，通过第二低分辨率AD转换器对控制信号放大电路传出的信号进行采样及转换，之后将第二路低分辨率采样AD值传给处理器；
步骤3、通过检测比较第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值是否在有效误差范围△V内：若差值在有效误差范围内，则由步骤1所采样的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值是有效的；若差值超出误差范围内，则第二路可设定高分辨率高精度AD采样值无效，此时将第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值进行比较并快速反馈调节采样信号，进入步骤1，直至第二路低分辨率采样AD值与设定参考值V之间差值进入有效误差△V范围内，实现测量采样。
其中，差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端，设定参考值信号输入至运算放大器U1同相输入端，采样信号输入至运算放大器U1的反相输入端，差分运放后输出信号，之后经过电阻R4至低分辨率AD转换器，其中根据电阻R1、R2、R3和Rf的阻值确定差分放大倍数K值，所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端，用于信号滤波。
其中，本发明控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接至所述第二低分辨率AD转换器的输入端；将采样信号连接至运算放大器U2的反相输入端，控制信号运放输出信号经过电阻R8至第二低分辨率AD转换器。
通过差分放大电路，将输入采样信号与设定参考值的误差放大K倍后再由第一低分辨率AD转换器实现高分辨率采样转换数据，此采样分辨率提高log2(X/(△V·K))位(其中，X为输入采样信号满量程值，△V为有效误差范围)；当设定好所需AD采样分辨率后即确定了(△V·K)值，所以随着K值的增大，△V减小以达到更高精度采样。综上所述，采样电路针对输入信号特性，设定所需采样分辨率，再通过R1、R2、R3和Rf的阻值确定差分放大倍数K值大小(此时即可得出有效误差范围△V的值大小)，即可获得所需的可设定高分辨率高精度AD采样，将此AD采样值送入处理器；控制信号放大电路，将采样信号经放大器U2，后接第二低分辨率AD转换器，对采样信号作低分辨率的AD采样，最终将低分辨率的AD采样值送入处理器。
通过调整(降低)有效误差范围大小和差分放大倍数K值大小，即可实现高分辨率高精度测量采样AD值。
综上所述仅为本发明的具体实施例而已，本发明并不限于上述实施例，本行业的技术人员应该了解，在不脱离本发明技术方案的前提下，本发明还会有各种变形和改进。
本发明具有如下优点：本发明一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路及其控制算法，基于低分辨率的AD转换器实现高速可设定高分辨率高精度AD采样的采样电路及其控制算法，简单易行，并且在不提高成本的情况下，提高了其检测的精确度，便于更加精准控制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，其特征在于：包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器。
2.根据权利要求1所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，包括其特征在于：所述差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端。
3.根据权利要求2所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，包括其特征在于：所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端。
4.根据权利要求1所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路，包括其特征在于：所述控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2的同相输入端，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接所述第二低分辨率AD转换器的输入端。
5.一种高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，其特征在于：所述采样电路包括差分运算放大电路、控制信号放大电路、第一低分辨率AD转换器、第二低分辨率AD转换器及处理器，所述差分运算放大电路通过第一低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制信号放大电路通过所述第二低分辨率AD转换器连接至所述处理器，所述控制算法包括如下步骤：
步骤1、设定所需采样分辨率，即确定(△V·K)的值，其中△V为有效误差范围，K为差分放大倍数，通过差分运算放大电路中电阻的阻值确定K值，设定参考值V后加载采样信号，并分别将采样信号及设定参考值信号接入差分信号放大电路，之后第一低分辨率AD转换器对差分信号放大电路输出的信号进行采样及转换，将获取的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值传给处理器；
步骤2、将采样信号经过控制信号放大电路传给第二低分辨率AD转换器，通过第二低分辨率AD转换器对控制信号放大电路传出的信号进行采样及转换，之后将第二路低分辨率采样AD值传给处理器；
步骤3、通过检测比较第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值是否在有效误差范围△V内：若差值在有效误差范围内，则由步骤1所采样的第一路可设定高分辨率高精度AD采样值是有效的；若差值超出误差范围内，则第一路可设定高分辨率高精度AD采样值无效，则将第二路低分辨率采样AD值与所设定参考值V之间差值进行比较并反馈调节采样信号，进入步骤1，直至第二路低分辨率采样AD与所设定参考值V之间差值进入有效误差△V范围内，实现测量采样。
6.根据权利要求5所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，其特征在于：所述差分运算放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电阻Rf，所述电阻R1一端为采样信号输入端，所述电阻R1的另一端分别连接至所述运算放大器U1的反相输入端及所述电阻Rf的一端，所述电阻Rf的另一端连接至所述运算放大器U1的输出端，所述电阻R2一端为设定参考值信号输入端，所述电阻R2的另一端分别连接所述运算放大器U1的同相输入端及所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器U1的输出端连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接第一低分辨率AD转换器的输入端，设定参考值信号输入至运算放大器U1同相输入端，采样信号输入至运算放大器U1的反相输入端，差分运放后输出信号，之后经过电阻R4至低分辨率AD转换器，其中根据电阻R1、R2、R3和Rf的阻值确定差分放大倍数K值。
7.根据权利要求6所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，其特征在于：所述差分运算放大电路还包括电容C1，所述电容C1并联于所述电阻R3两端，用于信号滤波。
8.根据权利要求5所述的高速可设定分辨率的高精度AD采样电路的控制算法，其特征在于：所述控制信号放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7及电阻R8，所述电阻R5的一端为采样信号输入端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端及所述运算放大器U2的反相输入端，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U2的输出端，所述电阻R7的一端连接运算放大器U2，所述电阻R7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接至所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接至所述第二低分辨率AD转换器的输入端；将采样信号连接至运算放大器U2的反相输入端，控制信号运放输出信号经过电阻R8至第二低分辨率AD转换器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Mawei District 350000 Fujian city of Fuzhou province Kuaian Majiang Shishi Avenue Road No. 6 1-4 floor Applicant after: FUJIAN NEBULA ELECTRONICS CO., LTD. Address before: 350000 Productivity Promotion Center, 8 star road, Mawei District, Fujian, Fuzhou 3, China, 304 Applicant before: FUJIAN NEBULA ELECTRONICS CO., LTD. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: High-speed resolution-settable and high-precision AD sampling circuit and control method thereof Effective date of registration: 20200703 Granted publication date: 20170901 Pledgee: China Exim Bank Fujian branch Pledgor: FUJIAN NEBULA ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020980003784 |