CN106603078B - 一种提高adc采样精度的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高ADC采样精度的电路，接收来自发射机的阴极电压，包括阻容分压电路(1)、运放电路(2)、第一电阻(3)、整流二极管(4)、稳压二极管(5)、仪表放大器电路(6)，阻容分压电路(1)与运放电路(2)一端串接，该运放电路(2)另一端串接第一电阻(3)，同时该第一电阻(3)还依次串接整流二极管(4)、稳压二极管(5)，并且在该第一电阻(3)两端并接仪表放大器电路(6)，采样经仪表放大器电路(6)后的电压值。本发明的提高ADC采样精度的电路，可以通过阻容器件参数、稳压二极管参数，可以很方便的调整取样电压的截取比例，设定采样精度提高的倍数，具有很高的通用性，能够以在众多取样电路中应用。

Description

一种提高ADC采样精度的电路
技术领域
本发明属于数字电源技术领域，特别适用于发射机高压电源，涉及高压电真空发射机设计与应用，具体涉及一种提高ADC采样精度的电路。
背景技术
随着DSP等电子器件的快速发展，开关电源正向数字化方向迈进。为了实现良好的稳压闭环控制，必须要对输出电压取样得到当前电压数值，而数字电源必须使用模数转换才能实现这一步骤。从性能上讲，当前的AD转换精度有限，并且实际效果还要略低于标称的转换精度；在应用成本方面，AD转换器的精度越高，芯片的价格越贵，产品成本相应变高。如果为降低成本，依然仅仅采用普通精度AD转换器采集分压取样值，在某些应用条件下采样精度不高，特别是在高压电源领域，最终会导致稳态误差增大，甚至引起震荡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高ADC采样精度的电路，在稳压预设值范围附近提高测量精度的新型取样电路，以提高在应用相同AD芯片时的采样精度。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种提高ADC采样精度的电路，接收来自发射机的阴极电压，包括阻容分压电路、运放电路、第一电阻、整流二极管、稳压二极管、仪表放大器电路，所述阻容分压电路用于将该阴极电压分压为两个电压值，一个电压值用于ADC的粗采样，另一个电压值用于传输至用于提高输入阻抗的所述运放电路，所述阻容分压电路与所述运放电路一端串接，该运放电路另一端串接所述第一电阻，同时该第一电阻还依次串接整流二极管、稳压二极管，所述整流二极管与所述稳压二极管用于减小温度对截取电压值的温漂，并且在该第一电阻两端并接所述仪表放大器电路，采样经所述仪表放大器电路后的电压值。
优选地是，所述阻容分压电路中设置有用于对所述阴极电压滤波的电容。
优选地是，所述运放电路中设置有用于对所述阴极电压滤波的电容。
优选地是，所述仪表放大器电路采用同向并联型差动放大电路。
优选地是，所述整流二极管与所述稳压二极管的温度系数互补。
本发明所提供的一种提高ADC采样精度的电路的有益效果在于，可以通过阻容器件参数、稳压二极管参数，很方便的调整取样电压的截取比例，设定采样精度提高的倍数，由于其具有很高的通用性，所以能够在众多取样电路中应用。
附图说明
图1为本发明提高ADC采样精度的电路的流程框图；
图2为本发明提高ADC采样精度的电路的原理图。
附图标记：
1-阻融分压电路、2-运放电路、3-第一电阻、4-整流二极管、5-稳压二极管、6-仪表放大器电路。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。
下面结合附图对本发明的提高ADC采样精度的电路做进一步详细说明。
如图1所示，一种提高ADC采样精度的电路，接收来自发射机的阴极电压，包括阻容分压电路1、运放电路2、第一电阻3、整流二极管4、稳压二极管5、仪表放大器电路6，阻容分压电路1与运放电路2一端串接，该运放电路2另一端串接第一电阻3，同时该第一电阻3还依次串接整流二极管4、稳压二极管5，并且在该第一电阻3两端并接仪表放大器电路6，采样经仪表放大器电路6后的电压值。
阻容分压电路1用于将该阴极电压分压为两个电压值，一个电压值用于ADC的粗采样，另一个电压值用于传输至运放电路2，同时阻容分压电路1中设置有用于对阴极电压滤波的电容。运放电路2用于提高输入阻抗，同时运放电路2也设置有用于采样电压进一步滤波的电容。整流二极管4与稳压二极管5选用温度系数互补整流二极管4与稳压二极管5，用于减小温度对截取电压值的温漂。仪表放大器电路6采用同向并联型差动放大电路。
从图2原理图阐述。
本发明的电路按功能划分，主要分为四部分：
①分压滤波取样部分，即阻融分压电路1，由C1、C2、R11～R13组成；
②运放射随电路部分，即运放电路2，由C3、R21、R22、A1组成；
③电压截取电路部分，即第一电阻3、整流二极管4、稳压二极管5，也就是图2中的由R23、V1、V2组成；
④数据放大电路部分，即仪表放大器电路6，由R31～R36、Rw、R41、A2～A4。
1，分压滤波取样部分中，电阻R11～R13将阴极高压分压得到两个电压值，一个用来提供AD采样，一个用来传输至下一级，电容C1、C2对阴极电压滤波。
2，运放射随电路部分中，运放A1采用正向输入，提高输入阻抗。电容C3对采样电压进一步滤波去除干扰。
3，电压截取电路部分中，V1、V2选用温度系数互补的整流二级管4与稳压二极管5，减小温度对截取电压值的温漂，R23(即图1中第一电阻3)两端电压输出至下一级。
4，数据放大电路采用同向并联型差动放大电路，最终输出至电压采集芯片。
不同型号的发射机的阴极电压不同，可以根据需要调整R11～R13的阻值来得到一次分压比例数值，使采样电压不超过AD输入值上限。V1、V2二极管可根据所需要截取的电压值来选择稳压值。
首先要说明闭环控制系统的反馈信号处理顺序，在闭环控制时，当电压接近预定值之前，利用U0的采样值确定当前输出状态，并根据该信号使输出电压逼近预定值，当电压接近预定值时，利用U8作为采样反馈信号进行精确控制。
下面进一步说明该方法如何提高了ADC采样精度，以及取样电路参数的选取。采样电路结构参见附图，在设计取样电路参数时，首先根据应用的型号和其输出电压的大小，来选取分压电阻R11、R12、R13的阻值以及稳压二极管V2的稳压值。其参数选取计算方法如下：
Figure BDA0001187700740000051
U0为初级电压取样，属于粗采样，直接提供给ADC，其电压值的上限应保证不超过ADC的最大耐压值；
Figure BDA0001187700740000052
U1为初级电压取样，用于提供给后续电路，其电压值应处于运放供电电压范围，并且要留有一定的余量，防止运放工作在非线性区域，特别是要注意确保U4电压低于运放供电正电压；
R21与C3组成的RC滤波网络，其参数可根据要滤除的高频分量频率来选取；截止频率：
Figure BDA0001187700740000053
U1采样值经RC滤波后传递至运放射随电路部分中，运放A1采用正向输入，提高输入阻抗，电阻R22通常取1K-10KΩ。
放大电路的参数选取如下：
取R31＝R32，R33＝R34，R35＝R36
在电压截取电路部分中，R23取10KΩ，当U1值低于稳压二极管V2值+0.7V(整流二极管正向压降)时，几乎没有电流流经R23，此时数据放大电路的输入电压近似为零，最终反馈电压值U8也近似为零；
当U1值高于稳压二极管V2值+0.7V时，电流流经R23，产生差分电压至放大电路，此时经放大的反馈电压为
Figure BDA0001187700740000061
U8经稳压二极管(取ADC最大输入电压)V3保护后传送至ADC。取样电路工作完成。
具体举例说明如下：
假设Uk稳压值为1020V±20V，ADC输入范围为0-3V，精度为8bit；
①传统的直接分压射随取样的电路，为尽可能利用采样精度，电阻分压比取360:1(此状态下Uk不得大于1080V)，此时理论上采样精度为360*3V/256＝4.22V；
②采用新型取样电路，取样电路元器件在满足上述设计参数关系下，使R31、Rw、R33、R35阻值相等(此时放大电路放大倍数为3，差分输入电压U2-U3小于等于1V)，运算放大器为±15V供电，Uv2选取9V稳压管，V1正向导通电压0.7V，尽可能利用采样精度，电阻分压比取100:1(此状态下Uk不得大于1070V)，此时理论上采样精度为100*1V/256＝0.39V。
由此可见，经过此取样电路，在系统稳态下，采样精度可大幅提高，以举例参数为例，采样精度提高了3bit还多。在其他电路环境下，可以将稳态下的采样精度提升的更高，更有利于数字控制系统的闭环调节。
总结如下，当Uv2+Uv1比U2-U3比值越大、运放电路放大倍数越高时，稳态下的采样精度提升的越高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种提高ADC采样精度的电路，接收来自发射机的阴极电压，其特征在于，包括阻容分压电路(1)、运放电路(2)、第一电阻(3)、整流二极管(4)、稳压二极管(5)、仪表放大器电路(6)，所述阻容分压电路(1)用于将该阴极电压分压为两个电压值，一个电压值用于ADC的粗采样，另一个电压值用于传输至用于提高输入阻抗的所述运放电路(2)，所述阻容分压电路(1)与所述运放电路(2)一端串接，该运放电路(2)另一端串接所述第一电阻(3)，同时该第一电阻(3)还依次串接整流二极管(4)、稳压二极管(5)，所述整流二极管(4)与所述稳压二极管(5)为电压截取电路部分；
所述运放电路(2)中设置有用于对所述阴极电压滤波的电容；
运放电路(2)输出电压高于整流二极管(4)正向压降值与稳压二极管(5)稳压值之和时，整流二极管(4)与稳压二极管(5)处于导通状态，第一电阻(3)两端电压会大于0，仪表放大器电路(6)输出电压大于0；
运放电路(2)输出电压低于整流二极管(4)正向压降值与稳压二极管(5)稳压值之和时，整流二极管(4)与稳压二极管(5)处于高阻状态，第一电阻(3)两端电压接近0，仪表放大器电路(6)输出电压接近0；能够通过电气参数选取多种整流二极管(4)与稳压二极管(5)，用于调整电压的截取比例，以提高采样精度；
所述整流二极管(4)与所述稳压二极管(5)的温度系数互补能够减小温度对截取电压值的温漂，并且在第一电阻(3)两端并接所述仪表放大器电路(6)，采样经所述仪表放大器电路(6)后的电压值送至电压采集芯片，所述仪表放大器电路(6)采用同向并联型差动放大电路。
2.根据权利要求1所述的提高ADC采样精度的电路，其特征在于，所述阻容分压电路(1)中设置有用于对所述阴极电压滤波的电容，阻容分压电路(1)产生两路分压，提供给两个ADC采集。
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