CN104316758A - 双极性模拟量输入检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极性模拟量输入检测电路，用于连接在被检测信号的输出端和微处理器之间，其包括：模拟量输入端，用于与被检测信号的输出端相连；第一输出端，用于与微处理器的第一AD口相连；第二输出端，用于与微处理器的第二AD口相连；幅值检测电路，连接在模拟量输入端和第一输出端之间，用于获取被检测信号的电压幅值并将该电压幅值调整为预设范围内的电压幅值；以及极性检测电路，连接在模拟量输入端和微处理器的第二AD口之间，用于检测被检测信号的极性。本发明双极性模拟量输入检测电路分两路来分别检测双极性模拟量的电压幅值及其极性，检测精度较高，相比于直接将双极性模拟量“抬升”成单极性模拟量输入检测电路至少提高2倍。

Description

双极性模拟量输入检测电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，更具体地涉及一种双极性模拟量输入检测电路。

背景技术

在模拟信号变化中，有些模拟信号会过零，即有正负性，有些模拟信号在变化过程中则不会过零，那些过零的模拟变化信号被称为双极性信号，不过零的信号被称为单极性信号。模拟量输入有单极性和双极性两种方式，而不管是单极性模拟量输入还是双极性模拟量输入，在对输入信号进行检测时通常需要利用微处理器例如CPU或DSP芯片进行信号处理以还原所检测到的数据，通常CPU或DSP芯片的AD口只能检测0V～3V的电压，所以进入到CPU或DSP芯片之前，不管是单极性信号还是双极性信号都必须转换变为0V～3V。

在某些应用场合，模拟量是采用双极性方式输入，相比于输入电压幅度范围相同的单极性模拟量，双极性模拟量输入电压范围是单极性的2倍，现有的针对双极性模拟量输入的检测电路是将双极性输入的模拟量“抬升”为单极性，比如，双极性输入-3V～3V，经过电压“抬升”后，双极性输入的-3V、0V、3V分别对应“抬升”后的0V、1.5V、3V，即将双极性输入的模拟量“压缩”成了相同幅度的单极性模拟量，显然，采用上述方式得到的检测精度必然比输入相同幅度范围单极性模拟量低，在很多情况下都不能满足所需精度要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测精度较高的双极性模拟量输入检测电路。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双极性模拟量输入检测电路，用于连接在被检测信号的输出端和微处理器之间，该双极性模拟量输入检测电路包括：模拟量输入端，用于与所述被检测信号的输出端相连；第一输出端，用于与所述微处理器的第一AD口相连；第二输出端，用于与所述微处理器的第二AD口相连；幅值检测电路，连接在模拟量输入端和第一输出端之间，用于获取所述被检测信号的电压幅值并将该电压幅值调整为预设范围内的电压幅值后传送到第一输出端；以及极性检测电路，连接在模拟量输入端和微处理器的第二AD口之间，用于检测所述被检测信号的极性并将检测结果传送到第二输出端。

其进一步技术方案为：所述幅值检测电路包括精密全波整流电路和分压电路，所述精密全波整流电路和分压电路依次连接于模拟量输入端和第一输出端之间；其中，精密全波整流电路用于将输入的电压转换为相应绝对值的电压，分压电路用于将来自精密全波整流电路的电压按预设比例调整为0V～3V的电压后传送到第一输出端。

其进一步技术方案为：所述精密全波整流电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三二极管、第四二极管、第三电容及第四电容，其中，第一运算放大器的同相输入端通过第三电阻连接至模拟量输入端，其反相输入端通过第二电阻接地，其输出端连接第三二极管的正极及第四二极管的负极，第三二极管的负极连接至第一运算放大器的反相输入端，第四电阻和第三电容均并联在第一运算放大器的反相输入端和第四二极管的正极之间，第二运算放大器的同相输入端通过第五电阻连接至模拟量输入端，其反相输入端通过第六电阻连接至第四二极管的正极，第七电阻和第四电容均并联在第二运算放大器的反相输入端和其输出端之间。

其进一步技术方案为：所述分压电路包括第八电阻和第九电阻，所述第八电阻一端与精密全波整流电路的输出端相连，另一端连接至第一输出端，所述第九电阻一端连接至第一输出端，另一端接地。

其进一步技术方案为：所述幅值检测电路还包括第一滤波电路，该第一滤波电路包括第一电容，该第一电容一端连接至精密全波整流电路的输入端，另一端接地。

其进一步技术方案为：所述幅值检测电路还包括第一钳位电路和第二钳位电路，其中，该第一钳位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与精密全波整流电路的输入端相连，其负极连接第一预设正电压，所述第二二极管的正极连接第一预设负电压，其负极与精密全波整流电路的输入端相连；第二钳位电路包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的正极与第一输出端相连，其负极连接第二预设正电压，所述第六二极管的正极接地，其负极与第一输出端相连。

其进一步技术方案为：所述极性检测电路包括比较电路，该比较电路包括比较器和第十电阻，比较器的同相输入端连接至模拟量输入端，其反相输入端接地，其输出端连接至第二输出端，所述第十电阻一端连接在比较器的输出端，另一端接高电平。

其进一步技术方案为：所述极性检测电路还包括第二滤波电路，该第二滤波电路包括第八电容和第十一电阻，第八电容一端与比较电路的输出端相连，另一端接地，第十一电阻连接在比较电路的输出端和第二输出端之间。

其进一步技术方案为：本发明双极性模拟量输入检测电路还包括初始滤波电路，该初始滤波电路包括第一电感，所述第一电感一端与模拟量输入端相连，另一端与幅值检测电路及极性检测电路的输入端相连。

其进一步技术方案为：本发明双极性模拟量输入检测电路还包括初始电压限定电路，该初始电压限定电路包括第一电阻，该第一电阻一端连接在幅值检测电路及极性检测电路的输入端，另一端接地。

与现有技术相比，本发明双极性模拟量输入检测电路通过采用两路电路来分别检测双极性模拟量输入的电压幅值及其极性，进而可通过微处理器例如CPU或DSP芯片的两个AD口传送到DSP芯片内进行处理以得出所输入的双极性模拟量，采用该电路进行双极性模拟量检测无需将双极性模拟量“抬升”成单极性模拟量，相比现有检测电路其检测精度至少提高2倍，可实现良好的检测效果。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1是本发明双极性模拟量输入检测电路的方框原理图；

图2是本发明双极性模拟量输入检测电路一具体实施例的方框原理图；

图3是图2所示双极性模拟量输入检测电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的双极性模拟量输入检测电路用于连接在被检测信号的输出端和微处理器例如CPU或是DSP芯片之间，用于分两路电路来分别检测双极性模拟量中的电压幅值及其极性并将检测结果输出给CPU或是DSP芯片，由CPU或是DSP芯片进一步转换处理后得出与被检测信号相对应的电压。

参照图1，本发明双极性模拟量输入检测电路10包括模拟量输入端11、幅值检测电路12、极性检测电路13、第一输出端14及第二输出端15。其中，模拟量输入端11用于与被检测信号的输出端相连；第一输出端14用于与微处理器的第一AD口相连；第二输出端15用于与微处理器的第二AD口相连；幅值检测电路12连接在模拟量输入端11和第一输出端14之间，用于获取被检测信号的电压幅值并将该电压幅值调整为预设范围内的电压幅值后传送到第一输出端14；极性检测电路13连接在模拟量输入端11和第二输出端15之间，用于检测被检测信号的极性并将检测结果传送到第二输出端15。其中，对于预设范围的选择可根据具体微处理器能处理的电压范围值来设置，例如在本实施例中，针对CPU或DSP芯片，由于其AD口只能处理0V～3V的电压，因此可将该预设范围设置为-3V～3V，则其相应的正电压幅值为0V～3V。

参照图2和图3，在某些实施例，例如本实施例中，幅值检测电路12包括精密全波整流电路121和分压电路122，所述精密全波整流电路121和分压电路122依次连接于模拟量输入端11和第一输出端14之间；其中，精密全波整流电路121用于将输入的电压转换为相应绝对值的电压，分压电路122用于将输入的电压(来自精密全波整流电路121的电压)按预设比例调整为0V～3V的电压后传送到第一输出端14。

在其它实施例中，所述精密全波整流电路121和分压电路122可互换位置，也即，将所述分压电路122和精密全波整流电路121依次连接于模拟量输入端11和第一输出端14之间，第一分压电路122用于将输入的电压(模拟量输入电压)按预设比例调整为预设范围内的电压，例如，将-10V～+10V的模拟量输入电压调整为-3V～3V的预设范围电压后输出给第一精密半波整流电路121，经该第一精密半波整流电路121处理后的电压幅值则为0V～3V。

在其它实施例中，所述模拟量输入端11的电压可先经过分压电路分压后再分为两路电路，一路经精密全波整流电路121后由第一输出端14输出至微处理器的第一AD口，另一路经极性检测电路13由第二输出端15输出至微处理器的第二AD口。本实施方式为本领域技术人员在通读本申请后容易想到的等同技术方案。

优选地，为了改善电路性能，本实施例的幅值检测电路12还包括第一滤波电路123、第一钳位电路124及第二钳位电路125。其具体电路如下：

精密全波整流电路121包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三二极管D3、第四二极管D4、第三电容C3及第四电容C4。其中，第一运算放大器U1的同相输入端通过第三电阻R3连接至模拟量输入端11，其反相输入端通过第二电阻R2接地，其输出端连接第三二极管D3的正极及第四二极管D4的负极，第三二极管D3的负极连接至第一运算放大器U1的反相输入端，第四电阻R4和第三电容C3均并联在第一运算放大器U1的反相输入端和第四二极管D4的正极之间；第二运算放大器U2的同相输入端通过第五电阻R5连接至模拟量输入端11，其反相输入端通过第六电阻R6连接至第四二极管D4的正极，第七电阻R7和第四电容C4均并联在第二运算放大器U2的反相输入端和其输出端之间；其中，第三电容C3和第四电容C4均作为补偿电容，用于分别补偿第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的相位滞后，避免电路工作不稳定甚至发生振荡。优选地，第一运算放大器U1的两电源端分别接+15V电压和-15V电压且分别通过第五电容C5和第六电容C6接地以提高电路的稳定性。

分压电路122包括第八电阻R8和第九电阻R9，所述第八电阻R8一端与精密全波整流电路121的输出端也即第二运算放大器U2的输出端相连，另一端连接至第一输出端14，所述第九电阻R9一端连接至第一输出端14，另一端接地。可理解地，在其它实施例中，可采用多个并联电阻来取代第九电阻R9，只要其达到相同分压功能则可。

第一滤波电路123提供滤波作用，其包括第一电容C1，该第一电容C1一端连接至精密全波整流电路121的输入端，也即第三电阻R3和第五电阻R5的一端，其另一端接地。可理解地，在其它实施例中，可采用多个并联电容来取代第一电容C1，只要其达到相同滤波功能则可。

第一钳位电路124和第二钳位电路125提供电压箝位作用，其中，第一钳位电路124包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的正极与精密全波整流电路121的输入端相连，其负极连接第一预设正电压，所述第二二极管D2的正极连接第一预设负电压，其负极与精密全波整流电路121的输入端相连；第二钳位电路125包括第五二极管D5和第六二极管D6，所述第五二极管D5的正极与第一输出端14相连，其负极连接第二预设正电压，所述第六二极管D6的正极接地，其负极与第一输出端14相连。

其中，所述第一预设正电压和第一预设负电压的幅值均大于模拟量输入端11所输入的最大电压幅值，且小于或等于多个运算放大器的工作电压幅值，本实施例中运算放大器的工作电压幅值为±15V，因此将第一预设正电压和第一预设负电压分别设定为+15V和-15V，以保证电路正常输入且对相应的运算放大器进行保护；第二预设正电压的幅值小于或等于所述预设范围例如0V～3V中的最大电压值，本实施例中，第二预设正电压为+3V，以确保第一输出端14和第二输出端15所输出的电压均在允许的范围0～3V内。

继续参照图2和图3，在某些实施例，例如本实施例中，所述极性检测电路13包括比较电路131，该比较电路131包括比较器U3和第十电阻R10，比较器131的同相输入端连接至模拟量输入端11，其反相输入端接地，其输出端连接至第二输出端15，所述第十电阻R10一端连接在比较器U3的输出端，另一端接高电平。当比较器U3的同相输入端的输入信号大于0V电压时，其输出高电平，当其同相输入端的输入信号小于0V时，其输出低电压；其中，第十电阻R10作为上拉电阻以保证比较器U3的正常工作。优选地，本实施例中的比较器U3的两电源端分别接+15V电压和接地，其中，接+15V电压的一端通过第七电容C7接地，从而进一步提高电路的稳定性。

在某些实施例，例如本实施例中，为了改善电路性能，极性检测电路13还包括第二滤波电路132，该第二滤波电路132是由第八电容C8和第十一电阻R11一起组成的RC滤波电路，其中，第八电容C8一端与比较电路131的输出端(也即比较器U3的输出但)相连，另一端接地，第十一电阻R11连接在比较电路131的输出端和第二输出端15之间。

在某些实施例，例如本实施例中，双极性模拟量输入检测电路10还包括初始滤波电路16和初始电压限定电路17。其中，初始滤波电路16包括第一电感L1，所述第一电感L1一端与模拟量输入端11相连，另一端与幅值检测电路12及极性检测电路13的输入端相连，用于对输入信号进行滤波。初始电压限定电路17包括第一电阻R1，该第一电阻R1一端连接至幅值检测电路12及极性检测电路13的输入端，另一端接地；该第一电阻R1作为下拉电阻可使得在模拟量输入端11没有输入信号时电路输出电压为0V，避免检测过程产生干扰信号。

继续参照图3，模拟量输入端11所输入的双极性模拟量AI一般幅值范围为-10V～+10V，下面以该幅值范围的双极性模拟量AI为例详细说明本实施例双极性模拟量输入检测电路10的工作原理。

当模拟量输入端11没有输入信号时，在第一电阻R2的下拉作用下，第一输出端14和第二输出端15的初始输出电压为0V。

当模拟量输入端11的输入信号AI为负电压，例如-10V时，在幅值检测电路12中，该负电压经过精密全波整流电路121转换后变为|AI|，也即10V，再经过分压电路122进行分压，该分压带来的作用是按预设比例将|AI|调整为0V～3V的电压(例如3V)，最后该电压通过第一输出端14输出给CPU或DSP芯片；此时，在极性检测电路13中，由于AI为负电压，该负电压通过比较电路131与0V进行比较的结果是输出低电平，该低电平通过第二输出端15传送到CPU或DSP芯片。CPU或DSP芯片根据来自第一输出端14的信号可得出双极性模拟量输入的电压幅值10V，同时，根据来自第二输出端的信号可判断出AI的极性为负极性，从而得到带极性的输入信号AI为-10V。

当模拟量输入端11的输入信号AI为正电压，例如+10V时，在幅值检测电路12中，该正电压经过精密全波整流电路121转换后变为|AI|，也即10V，再经过分压电路122进行分压，该分压带来的作用是按预设比例将AI调整为0V～3V的电压(例如3V)，最后该电压通过第一输出端14输出给CPU或DSP芯片；此时，在极性检测电路13中，由于AI为正电压，该正电压通过比较电路131与0V进行比较的结果是输出高电平，该高电平通过第二输出端15传送到CPU或DSP芯片。CPU或DSP芯片根据来自第一输出端14的信号可得出双极性模拟量输入的电压幅值10V，同时，根据来自第二输出端的信号可判断出AI的极性为正极性，从而得到带极性的输入信号AI为+10V。

其中，CPU或DSP芯片的具体处理过程可通过编程来实现，该处理过程为本领域技术人员所熟知且非本发明所要求保护的技术内容，在此不再赘述。

如上所述，本发明双极性模拟量输入检测电路通过采用两路电路来分别检测双极性模拟量中的电压幅值及其极性，进而可通过微处理器例如CPU或DSP芯片的两个AD口传送到DSP芯片内进行处理以得出所输入的双极性模拟量，采用该电路进行双极性模拟量检测无需将双极性模拟量“抬升”成单极性模拟量，相比现有检测电路其检测精度至少提高2倍，可实现良好的检测效果。

以上结合较佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改。

Claims (10)

1.一种双极性模拟量输入检测电路，用于连接在被检测信号的输出端和微处理器之间，其特征在于，所述双极性模拟量输入检测电路包括：

模拟量输入端，用于与所述被检测信号的输出端相连；

第一输出端，用于与所述微处理器的第一AD口相连；

第二输出端，用于与所述微处理器的第二AD口相连；

幅值检测电路，连接在模拟量输入端和第一输出端之间，用于获取所述被检测信号的电压幅值并将该电压幅值调整为预设范围内的电压幅值后传送到第一输出端；以及

极性检测电路，连接在模拟量输入端和微处理器的第二AD口之间，用于检测所述被检测信号的极性并将检测结果传送到第二输出端。

2.根据权利要求1所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述幅值检测电路包括精密全波整流电路和分压电路，所述精密全波整流电路和分压电路串接于模拟量输入端和第一输出端之间；其中，精密全波整流电路用于将输入的电压转换为相应绝对值的电压，分压电路用于将输入的电压按预设比例调整为预设范围内的电压。

3.根据权利要求2所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述精密全波整流电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三二极管、第四二极管、第三电容及第四电容，其中，

第一运算放大器的同相输入端通过第三电阻连接至模拟量输入端，其反相输入端通过第二电阻接地，其输出端连接第三二极管的正极及第四二极管的负极，第三二极管的负极连接至第一运算放大器的反相输入端，第四电阻和第三电容均并联在第一运算放大器的反相输入端和第四二极管的正极之间，

第二运算放大器的同相输入端通过第五电阻连接至模拟量输入端，其反相输入端通过第六电阻连接至第四二极管的正极，第七电阻和第四电容均并联在第二运算放大器的反相输入端和其输出端之间。

4.根据权利要求2所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述分压电路包括第八电阻和第九电阻，所述第八电阻一端与精密全波整流电路的输出端相连，另一端连接至第一输出端，所述第九电阻一端连接至第一输出端，另一端接地。

5.根据权利要求2所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述幅值检测电路还包括第一滤波电路，该第一滤波电路包括第一电容，该第一电容一端连接至精密全波整流电路的输入端，另一端接地。

6.根据权利要求2所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述幅值检测电路还包括第一钳位电路和第二钳位电路，其中，该第一钳位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与精密全波整流电路的输入端相连，其负极连接第一预设正电压，所述第二二极管的正极连接第一预设负电压，其负极与精密全波整流电路的输入端相连；第二钳位电路包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的正极与第一输出端相连，其负极连接第二预设正电压，所述第六二极管的正极接地，其负极与第一输出端相连。

7.根据权利要求1所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述极性检测电路包括比较电路，该比较电路包括比较器和第十电阻，比较器的同相输入端连接至模拟量输入端，其反相输入端接地，其输出端连接至第二输出端，所述第十电阻一端连接在比较器的输出端，另一端接高电平。

8.根据权利要求7所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：所述极性检测电路还包括第二滤波电路，该第二滤波电路包括第八电容和第十一电阻，第八电容一端与比较电路的输出端相连，另一端接地，第十一电阻连接在比较电路的输出端和第二输出端之间。

9.根据权利要求1-8任一项所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：还包括初始滤波电路，该初始滤波电路包括第一电感，所述第一电感一端与模拟量输入端相连，另一端与幅值检测电路及极性检测电路的输入端相连。

10.根据权利要求1-8任一项所述的双极性模拟量输入检测电路，其特征在于：还包括初始电压限定电路，该初始电压限定电路包括第一电阻，该第一电阻一端连接在幅值检测电路及极性检测电路的输入端，另一端接地。