CN108768397A - 一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，包括：RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端连接至采样信号端子，用于对所述采样信号进行滤波；抬升电路，所述抬升电路的输出端与所述RC滤波电路的输出端连接，用于抬升所述滤波后的采样信号；放大电路，所述放大电路的输入端与所述抬升电路的输出端连接，用于对抬升后的采样信号进行放大，并将放大后的采样信号传输至采样器端子。本发明的技术方案将双极性的采样信号转化为单极性的信号，通过这样的转化在采样时就可以使用单极性的AD，使得在芯片和电路的设计上选择空间更大，还可以根据实际使用情况修改抬升电路的参数可以实现采样信号无偏移量的线性化，有利于后期信号的分析和处理。
Description
技术领域
本发明属于采样电路技术领域，尤其涉及一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路。
背景技术
在电机控制问题中，采样电路的设计程度是一个控制性能和成本相互矛盾的问题。对电机状态信号的采样，例如电流信号，它本身是时正时负的值，所以对于如图1所示的采样电路而言，选择具备双极性AD采样的控制芯片是必须的。但是在实际工程中，成本或者其他条件限制，双极性AD采样的芯片并不是最佳选择。
因此，需要提供一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路来解决现有技术的不足。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，将采样信号变为正值，从而可以使用单极性AD采样的芯片，使得选择空间变大。
一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，包括：
RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端连接至采样信号端子，用于对所述采样信号进行滤波；
抬升电路，所述抬升电路的输出端与所述RC滤波电路的输出端连接，用于抬升所述滤波后的采样信号；
放大电路，所述放大电路的输入端与所述抬升电路的输出端连接，用于对抬升后的采样信号进行放大，并将放大后的采样信号传输至采样器端子。
进一步的，所述抬升电路包括：
第七电阻，所述第七电阻的第一端与给定电源信号端子连接；
第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第八电阻的第二端接地；
第二电容，所述第二电容的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第二电容的第二端接地；
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端与所述第七电阻的第二端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；
第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接。
进一步的，根据第八电阻的阻值调整所述第一运算放大器的输出电压。
进一步的，所述采样信号端子包括采样信号第一端子和采样信号第二端子，所述RC滤波电路包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述采样信号第一端子连接；
第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述采样信号第二端子连接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端连接。
进一步的，根据所述采样信号端子输出的采样频率设置所述第一电阻、第二电阻和第一电容的值。
进一步的，所述放大电路包括：
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接；
第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接；
第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端连接；
第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第三电阻的第二端连接，所述第二放大器的反向输入端与所述第四电阻的第二端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻的第二端连接。
进一步的，根据所述第三电阻的阻值和第四电阻的阻值调整所述第二运算放大器的放大倍数。
进一步的，所述双极性采样电路还包括：
第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接；
第三电容，所述第三电容的第一端与所述第九电阻的第二端连接，所述第三电容的第二端接地。
进一步的，所述双极性采样电路还包括：
钳位二极管，所述钳位二极管的第一端与所述第九电阻的第二端连接，所述钳位二极管的第二端与所述采样器端子连接，用于对输入所述采样器端子的电压进行限压。
进一步的，根据所述采样器的额定电压值配置所述钳位二极管的限压范围。
一种电机，包括上述任一所述的双极性采样电路。
本发明提供的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的技术方案将双极性的采样信号转化为单极性的信号，通过这样的转化在采样时就可以使用单极性的AD，使得在芯片和电路的设计上选择空间更大。
本发明提供的技术方案根据实际使用情况修改抬升电路的参数可以实现采样信号无偏移量的线性化，这种设计有利于后期信号的分析和处理。
附图说明
图1是本发明背景技术中的采样电路示意图；
图2是本发明实施例提供的双极性采样电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
实施例1、
如图2所示，本发明实施例提供了一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，包括：
RC滤波电路，RC滤波电路的输入端连接至采样信号端子，其中S+为采样信号第一端子，S-为采样信号第二端子，用于对采样信号进行滤波；
抬升电路，抬升电路的输出端与RC滤波电路的输出端连接，用于抬升滤波后的采样信号；
放大电路，放大电路的输入端与抬升电路的输出端连接，用于对抬升后的采样信号进行放大，并将放大后的采样信号传输至采样器端子。
优选的，RC滤波电路包括：第一电阻R1，第一电阻R1的第一端与采样信号第一端子S+连接；第二电阻R2，第二电阻R2的第一端与采样信号第二端子S-连接；第一电容C1，第一电容C1的第一端与第一电阻R1的第二端连接，第一电容C1的第二端与所述第二电阻R2的第二端连接。
优选的，为了提高RC滤波器的滤波精度，可根据采样信号端子输出的采样频率设置第一电阻R1的阻值、第二电阻R2的阻值和第一电容C1的电容值。
优选的，抬升电路包括：第七电阻R7，第七电阻R7的第一端与给定电源信号Vcc端子连接；第八电阻R8，第八电阻R8的第一端与第七电阻R7的第二端连接，第八电阻的第二端接地；第二电容C2，第二电容C2的第一端与第七电阻R7的第二端连接，第二电容C2的第二端接地；第一运算放大器U1，第一运算放大器U1的同相输入端与第七电阻R7的第二端连接，第一运算放大器U1的反向输入端与第一运算放大器U1的输出端连接；第六电阻R6，第六电阻R6的第一端与第一运算放大器U1的输出端连接。
优选的，为了提高抬升电路的准确性，可根据第八电阻R8的阻值调整所述第一运算放大器的输出电压，其中R8为可调电阻。
优选的，放大电路包括：第三电阻R3，第三电阻R3的第一端与第一电阻R1的第二端连接；第四电阻R4，第四电阻R4的第一端与第二电阻R2的第二端连接；第五电阻R5，第五电阻R5的第一端与第四电阻R4的第二端连接；第二运算放大器U2，第二运算放大器U2的同相输入端与第三电阻R3的第二端连接，第二放大器U2的反向输入端与第四电阻R4的第二端连接；第二运算放大器U2的输出端与第五电阻R5的第二端连接。
优选的，为了便于调整第二运算放大器U2的放大倍数，可根据第三电阻R3的阻值和第四电阻R4的阻值来调整第二运算放大器U2的放大倍数。
优选的，双极性采样电路还包括：第九电阻R9，第九电阻R9的第一端与第二运算放大器U2的输出端连接；第三电容C3，第三电容C3的第一端与第九电阻R9的第二端连接，第三电容C3的第二端接地。
进一步需要说明的是，第九电阻R9和第三电容C3组成了第二滤波电路，对第二运算放大器U2输出的放大后的采样信号进一步滤波，保证了采样电路的精度。
优选的，双极性采样电路还包括：钳位二极管D1，钳位二极管D1的第一端与第九电阻R9的第二端连接，钳位二极管D1的第二端与采样器端子So连接，用于对输入所述采样器端子的电压进行限压，保证采样器的安全可靠性，从而保证了采样的可靠性。
优选的，可根据所述采样器的额定电压值配置钳位二极管的限压范围。
优选的，钳位二极管D1由两个二极管串联而成，第一二极管的负极连接给定电源Vcc，第一二极管的正极与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极接地，第九电阻R9的第二端通过两个二极管的连接位置与采样器端子So连接，当输入采样器端子So的采样信号的电压高于二极管的反向击穿电压时，第二二极管反向击穿，此时输入采样器端子So的采样信号的电压被钳位，电压大小为第二二极管反向击穿的压降；当输入采样器端子So的采样信号的电压与给定电源Vcc的电压的差值大于二极管的反向击穿电压时，第一二极管反向击穿，此时输入采样器端子So的采样信号的电压被钳位，电压大小为给定电源Vcc的电压减去第一二极管的管压降。
实施例2、
本发明的具体工作原理如下：运算放大器U1和U2均按同相比例放大器的接法连接，采样过来的差分信号S+和S-分别接到放大器的正负端，在直流电机中，S+和S-分别接在采样电阻两端，其中采样电阻一端接功率地，现选择为S-。
假设R1＝R2，R3＝R4,So处AD采样的参考高电平是Vcc,参考低电平是0，采样信号属于双极性的且幅值非常小，记采样信号的幅值是Vmax，瞬时值是Vsample。
在上述假设下，为了将双极性的采样信号单极性化，有如下约束条件：
通过上式可以求出R8的值，从而计算出抬升的电压值，保证将双极性的采样信号转化为单极性信号。
采样器端口So处的电压可以表示为：
假设一个10位AD采样的传递函数表示为：
其中，ADCXBUF是保存AD采样数据的缓冲器，x为采样器端口So处的电压。
在满足采样信号单极性化的条件下，如果抬升电路设计满足下面的条件：
那么端口So处的电压可以改写为：
将VSo带入到AD采样的传递函数中，可以得到：
AD缓冲器中的内容变成了y＝ax的形式，这样就能使得采样信号无偏移量的线性化。相比y＝ax+b的形式，y＝ax形式在数据分析和处理上更直接、更简单。
实施例3、
本发明提供了一种电机，该电机包括上述任一双极性采样电路。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(ProgrammableLogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，包括：
RC滤波电路，所述RC滤波电路的输入端连接至采样信号端子，用于对所述采样信号进行滤波；
抬升电路，所述抬升电路的输出端与所述RC滤波电路的输出端连接，用于抬升所述滤波后的采样信号；
放大电路，所述放大电路的输入端与所述抬升电路的输出端连接，用于对抬升后的采样信号进行放大，并将放大后的采样信号传输至采样器端子。
2.根据权利要求1所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，所述抬升电路包括：
第七电阻，所述第七电阻的第一端与给定电源信号端子连接；
第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第八电阻的第二端接地；
第二电容，所述第二电容的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第二电容的第二端接地；
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端与所述第七电阻的第二端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；
第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述第一运算放大器的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，根据第八电阻的阻值调整所述第一运算放大器的输出电压。
4.根据权利要求1所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，所述采样信号端子包括采样信号第一端子和采样信号第二端子，所述RC滤波电路包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述采样信号第一端子连接；
第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述采样信号第二端子连接；
第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端连接。
5.根据权利要求4所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，根据所述采样信号端子输出的采样频率设置所述第一电阻、第二电阻和第一电容的值。
6.根据权利要求4所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，所述放大电路包括：
第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接；
第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接；
第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端连接；
第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第三电阻的第二端连接，所述第二放大器的反向输入端与所述第四电阻的第二端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻的第二端连接。
7.根据权利要求6所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，根据所述第三电阻的阻值和第四电阻的阻值调整所述第二运算放大器的放大倍数。
8.根据权利要求6所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，所述双极性采样电路还包括：
第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述第二运算放大器的输出端连接；
第三电容，所述第三电容的第一端与所述第九电阻的第二端连接，所述第三电容的第二端接地。
9.根据权利要求8所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，所述双极性采样电路还包括：
钳位二极管，所述钳位二极管的第一端与所述第九电阻的第二端连接，所述钳位二极管的第二端与所述采样器端子连接，用于对输入所述采样器端子的电压进行限压。
10.根据权利要求9所述的一种可实现零偏移量线性化的双极性采样电路，其特征在于，根据所述采样器的额定电压值配置所述钳位二极管的限压范围。
11.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至10任一所述的双极性采样电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181106 |