CN108897711A - 应用于两线制总线的模拟前端装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种应用于两线制总线的模拟前端装置。所述装置包括双输入单输出的接收链路以及单输入双输出的发射链路，其中：接收链路，用于接收到经由两线制总线传输的双路模拟信号后，通过第一处理电路对双路模拟信号进行放大滤波处理，并转换得到一路数字信号，输出至模拟前端装置所在的数字设备；发射链路，用于接收数字设备发送的数字信号后，转换成双路模拟信号，通过第二处理电路对双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至两线制总线；第一处理电路和第二处理电路均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路。通过本发明的技术方案，能够实现模拟前端装置在两线制总线中的应用，提高两线制总线的兼容性，降低两线制总线的使用成本。

Description

应用于两线制总线的模拟前端装置

技术领域

本发明实施例涉及总线技术，尤其涉及一种应用于两线制总线的模拟前端装置。

背景技术

在自动化和制造技术中，越来越频繁的使用串行总线系统，特别是随着工业互联网技术的发展，各类总线被广泛的应用于工业现场自动化中。如何实现高质量的信息传输、提高数据传输率、延长数据传输距离是所有串行总线系统函待解决的问题。

现有技术中，由于各种工业总线系统支持的通信协议和通信制式并不相同，因此都需要有相应的线缆进行传输，例如，现有的支持双绞线的两线制总线系统并不支持使用同轴电缆作为传输线缆，从而增加了两线制总线的使用成本。

发明内容

本发明实施例提供一种应用于两线制总线的模拟前端装置，以实现模拟前端装置在两线制总线中的应用，进而提高两线制总线的兼容性，降低两线制总线的使用成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种应用于两线制总线的模拟前端装置，包括：

双输入单输出的接收链路以及单输入双输出的发射链路，其中：

所述双输入单输出的接收链路，用于接收到经由两线制总线传输的双路模拟信号后，通过第一处理电路对所述双路模拟信号进行放大滤波处理，并通过模数转换电路对处理后的双路模拟信号进行模数转换得到一路数字信号，之后将所述数字信号输出至模拟前端装置所在的数字设备；

所述单输入双输出的发射链路，用于接收所述模拟前端装置所在的数字设备发送的数字信号后，通过数模转换电路转换成双路模拟信号，通过第二处理电路对所述双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至所述两线制总线；

所述第一处理电路和所述第二处理电路均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路；所述第一处理电路和所述第二处理电路中，确定通道信号增益的电阻被设置为可调电阻，确定通道信号带宽的电容被设置为可调电容。

进一步的，所述第一处理电路包括：双输入双输出的低噪声放大电路以及双输入双输出的第一放大滤波电路；所述第二处理电路包括：双输入双输出的第二放大滤波电路；

所述第一放大滤波电路和/或所述第二放大滤波电路包括：双输入双输出的可编程放大子电路以及双输入双输出的带宽可调滤波子电路；

其中，所述第一放大滤波电路中的可编程放大子电路的双输入端与所述低噪声放大电路的双输出端相连，所述第一放大滤波电路中的带宽可调滤波子电路的双输出端与所述模数转换电路的双输入端相连；所述第二放大滤波电路中的可编程放大子电路的双输入端与所述数模转换电路的双输出端相连，所述第二放大滤波电路中的带宽可调滤波子电路的双输出端用于将输出信号输出至所述两线制总线。

进一步的，其特征在于，所述可编程放大子电路包括：双输入双输出的第一可编程放大器；

在所述可编程放大子电路中，所述第一可编程放大器的第一信号输入端分别与第五电阻、第六电阻的第一端以及第三电容的第一端相连，所述第一可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第六电阻的第二端以及所述第三电容的第二端相连；

所述第一可编程放大器的第二信号输入端分别与第七电阻、第八电阻的第一端以及第四电容的第一端相连，所述第一可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第八电阻的第二端以及所述第四电容的第二端相连；

其中，所述第五电阻和所述第七电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第三电容和所述第四电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

进一步的，所述第一处理电路包括：双输入双输出的低噪声放大电路以及双输入双输出的第一放大滤波电路；所述第二处理电路包括：双输入双输出的第二放大滤波电路；

所述第一放大滤波电路和/或所述第二放大滤波电路为集成放大滤波子电路；

其中，所述集成放大滤波子电路具体包括：双输入双输出的第二可编程放大器、双输入双输出的第三可编程放大器以及双输入双输出的第四可编程放大器；

在所述集成放大滤波子电路中，所述第二可编程放大器的第一信号输入端分别与第八电阻、第九电阻的第一端、第十电阻的第一端、第五电容的第一端以及第六电容的第一端相连，所述第二可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第九电阻的第二端、所述第五电容的第二端以及第十一电阻的第一端相连；

所述第二可编程放大器的第二信号输入端分别与第十四电阻、第十五电阻的第一端、第十六电阻的第一端、第九电容的第一端以及第十电容的第一端相连，所述第二可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十五电阻的第二端、所述第九电容的第二端以及第十七电阻的第一端相连；

所述第三可编程放大器的第一信号输入端分别与所述第十一电阻的第二端以及第七电容的第一端相连，所述第三可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第七电容的第二端、所述第十电容的第二端、所述第十六电阻的第二端以及第十二电阻的第一端相连；

所述第三可编程放大器的第二信号输入端分别与所述第十七电阻的第二端以及第十一电容的第一端相连，所述第三可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十一电容的第二端、所述第六电容的第二端、所述第十电阻的第二端以及第十八电阻的第一端相连；

所述第四可编程放大器的第一信号输入端分别与所述第十二电阻的第二端、第十三电阻的第一端以及第八电容的第一端相连，所述第四可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第十三电阻的第二端以及所述第八电容的第二端相连；

所述第四可编程放大器的第二信号输入端分别与所述第十八电阻的第二端、第十九电阻的第一端以及第十二电容的第一端相连，所述第四可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十九电阻的第二端以及所述第十二电容的第二端相连；

其中，所述第八电阻、所述第十二电阻、所述第十四电阻和所述第十八电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第五电容、所述第六电容、所述第七电容、所述第八电容、所述第九电容、所述第十电容、所述第十一电容和所述第十二电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

进一步的，所述低噪声放大电路包括：低噪声放大器；

在所述低噪声放大电路中，所述低噪声放大器的第一信号输入端分别与第一电阻、第二电阻的第一端以及第一电容的第一端相连，所述低噪声放大器的第一信号输出端分别与所述第二电阻的第二端以及所述第一电容的第二端相连；

所述低噪声放大器的第二信号输入端分别与第三电阻、第四电阻的第一端以及第二电容的第一端相连，所述低噪声放大器的第二信号输出端分别与所述第四电阻的第二端以及所述第二电容的第二端相连；

其中，所述第一电阻和所述第三电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第一电容和所述第二电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

进一步的，所述可调电阻的阻值范围为50Ω至50kΩ；所述可调电容的电容值范围为100pf至100f。

进一步的，所述装置还包括：校准电路，所述校准电路与所述装置中包括的可调电阻以及可调电容相连；

所述校准电路，用于对可调电阻的阻值进行调整，和/或根据可调电阻设定的阻值，对关联可调电容的电容值进行校准，以调整信号增益和/或信号带宽。

进一步的，还包括时钟电路：

所述时钟电路分别与所述模数转换电路以及所述数模转换电路相连，用于产生设定频率的时钟信号，以控制所述模数转换电路以及所述数模转换电路按照所述设定频率进行采样。

进一步的，所述时钟电路包括依次连接的晶体振荡器和锁相环，其中，所述晶体振荡器用于产生参考时钟信号，所述锁相环用于将所述参考时钟信号调整为所述设定频率的时钟信号。

进一步的，还包括电源模块：

所述电源模块包括直流斩波器和一组低压差线性稳压器；

其中，所述直流斩波器的输入端与外部电源相连，用于将所述外部电源转换为预设电压的初始电源；

所述低压差线性稳压器的输入端与所述直流斩波器的输出端相连，用于将所述初始电源转换为所述预设电压的稳定电源。

本发明实施例通过设置双输入单输出的接收链路，用于接收到经由两线制总线传输的双路模拟信号后，进行放大滤波处理，并将经模数转换得到的一路数字信号传输至模拟前端装置所在的数字设备，另外，装置中还设置了单输入双输出的发射链路，用于将数字设备发送的一路数字信号转换成双路模拟信号，对该双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至两线制总线，由于第一处理电路和第二处理电路均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路，使得该模拟前端装置能够应用于两线制总线。同时，利用将确定通道信号增益的电阻设置为可调电阻，且将确定通道信号带宽的电容设置为可调电容，使得带宽和增益均可调，解决了现有技术中两线制总线系统的传输线缆不能通用，而导致的两线制总线的使用成本高的问题，实现了模拟前端装置在两线制总线中的应用，进而提高了两线制总线的兼容性，降低了两线制总线的使用成本。

附图说明

图1a是本发明实施例一提供的一种应用于两线制总线的模拟前端装置的结构示意图；

图1b是本发明实施例一适用的一种第一处理电路的结构示意图；

图1c是本发明实施例一适用的一种第二处理电路的结构示意图；

图1d是本发明实施例一适用的一种可编程放大子电路的结构示意图；

图1e是本发明实施例一适用的一种集成放大滤波子电路的结构示意图；

图1f是本发明实施例一适用的一种低噪声放大电路的结构示意图；

图2a是本发明实施例二提供的一种应用于两线制总线的模拟前端装置的结构示意图；

图2b是本发明实施例二适用的一种电源模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供的一种应用于两线制总线的模拟前端装置的结构示意图。该装置可适用于在两线制总线和数字设备之间进行信号收发的情况，本实施例提供的模拟前端装置10包括：双输入单输出的接收链路11以及单输入双输出的发射链路12。

其中，双输入单输出的接收链路11，用于接收到经由两线制总线2传输的双路模拟信号后，通过第一处理电路111对双路模拟信号进行放大滤波处理，并通过模数转换电路112对处理后的双路模拟信号进行模数转换得到一路数字信号，之后将数字信号输出至模拟前端装置10所在的数字设备1。

单输入双输出的发射链路12，用于接收模拟前端装置10所在的数字设备1发送的数字信号后，通过数模转换电路122转换成双路模拟信号，通过第二处理电路121对双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至两线制总线2。

第一处理电路111和第二处理电路121均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路；第一处理电路111和第二处理电路121中，确定通道信号增益的电阻被设置为可调电阻，确定通道信号带宽的电容被设置为可调电容。

本实施例中，两线制总线2的信号传输介质可以为双绞线、屏蔽双绞线、同轴电缆或网线等，在此不做限定。其中，双路模拟信号包括一路正电压信号和一路负电压信号，例如图1a中，经由两线制总线2传输至数字设备1的正电压信号为RX_P以及负电压信号RX_N，由数字设备1输出至两线制总线2的正电压信号TX_P以及负电压信号TX_N。

当信号由两线制总线2传输至数字设备1时，数字设备1通过模拟前端装置10中包括的双输入单输出的接收链路11，接收经两线制总线2传输的双路模拟信号，也即正电压信号RX_P以及负电压信号RX_N。具体的，接收链路11通过双输入双输出的第一处理电路111对接收的双路模拟信号进行放大滤波处理后，将处理后的双路模拟信号输出至模数转换电路112，进而将模拟信号转换为一路数字信号DOUT，并将该数字信号输出至数字设备1中的其他数字信号处理模块。

当信号由数字设备1传输至两线制总线2时，数字设备1通过模拟前端装置10中包括的单输入双输出的发送链路12，接收数字设备1中其他数字信号处理模块发送的一路数字信号DIN。具体的，发送链路12通过数模转换电路122，并将接收的数字信号转换为双路模拟信号，再将该双路模拟信号传输至第二处理电路121。通过第二处理电路121对该双路模拟信号进行放大滤波处理后，得到正电压信号TX_P以及负电压信号TX_N，输出至两线制总线2，以对该处理后的双路模拟信号进行传输。

由于接收链路11中的第一处理电路111以及发送链路12中的第二处理电路121均为双路且对称设置的电路，也即对接收的模拟信号以及发送的模拟信号均采用双路处理方式，且双路中进行信号处理的方式均相同，因此实现了模拟前端装置在两线制总线中的应用。

另外，第一处理电路111和第二处理电路121均为增益带宽可调节电路，具体可将其中能够确定通道信号增益的电阻设置为可调电阻，并将其中能够确定通道信号带宽的电容设置为可调电容，使得第一处理电路111和第二处理电路121能够对输入的信号进行增益调节和带宽调节，从而使得该模拟前端装置10能够支持多种通信协议、通信制式以及传输距离所要求的增益和带宽，提高了两线制总线的兼容性。由于数字设备对两线制总线的兼容性提高了，使得数字设备能够通用多种类型信号传输介质的两线制总线，在切换为其他通信协议和通信制式的信号时，可无需对两线制总线进行更换，从而降低了两线制总线的使用成本。

在本实施例的一种实施方式中，如图1b所示，可选的，第一处理电路111包括：双输入双输出的低噪声放大电路1111以及双输入双输出的第一放大滤波电路1112；如图1c所示，第二处理电路121包括：双输入双输出的第二放大滤波电路1211；第一放大滤波电路1112和/或第二放大滤波电路1211包括：双输入双输出的可编程放大子电路1001以及双输入双输出的带宽可调滤波子电路1002；其中，第一放大滤波电路1112中的可编程放大子电路1001的双输入端与低噪声放大电路1111的双输出端相连，第一放大滤波电路1112中的带宽可调滤波子电路1002的双输出端与模数转换电路112的双输入端相连；第二放大滤波电路1211中的可编程放大子电路1001的双输入端与数模转换电路122的双输出端相连，第二放大滤波电路1211中的带宽可调滤波子电路1002的双输出端用于将输出信号输出至两线制总线。

本实施例中，第一放大滤波电路1112和第二放大滤波电路1211可以均包括可编程放大子电路1001以及带宽可调滤波子电路1002，也可以是仅第一放大滤波电路1112具有如图1b所示的结构，或者仅第二放大滤波电路1211具有如图1c所示的结构。其中，低噪声放大电路1111可以由LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)及其周边电路组成；可编程放大子电路1001可以由PGA(Programmable Gain Amplifier，可编程增益放大器)及其周边电路组成；带宽可调滤波子电路1002可以由LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)及其周边电路组成。具体的，低噪声放大电路1111以及可编程放大子电路1001，可用于按照设置的增益倍数对输入的双路模拟信号进行多级信号放大；带宽可调滤波子电路1002，可用于按照设置的带宽对输入的双路模拟信号进行滤波处理。

图1b和图1c中，低噪声放大电路1111、可编程放大子电路1001以及带宽可调滤波子电路1002均为双路且对称设置的电路，也即对正电压信号的处理电路与负电压信号的处理电路是对称设置的，这样可以使得放大电路和滤波电路能够对双路模拟信号进行处理，从而适应于两线制总线的应用环境。

可选的，如图1d所示，可编程放大子电路1001包括：双输入双输出的第一可编程放大器A1；在可编程放大子电路1001中，第一可编程放大器A1的第一信号输入端分别与第五电阻R5、第六电阻R6的第一端以及第三电容C3的第一端相连，第一可编程放大器A1的第一信号输出端分别与第六电阻R6的第二端以及第三电容C3的第二端相连；第一可编程放大器A1的第二信号输入端分别与第七电阻R7、第八电阻R8的第一端以及第四电容C4的第一端相连，第一可编程放大器A1的第二信号输出端分别与第八电阻R8的第二端以及第四电容C4的第二端相连；其中，第五电阻R5和第七电阻R7为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；第三电容C3和第四电容C4为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

其中，第五电阻R5和第七电阻R7的阻值相同，第六电阻R6和第八电阻R8的阻值相同，第三电容C3和第四电容C4的电容值相同。本实施例中，第一可编程放大器A1的信号输出函数为其中，V_out为输出信号电压，V_in为输入信号电压。通过调节第五电阻R5和第七电阻R7，可以配置该第一可编程放大器A1的增益，通过调节第三电容C3和第四电容C4，可以配置该第一可编程放大器A1的带宽，例如设置为-3dB带宽。

示例性的，可根据信号输出函数以及增益需求，在预设范围内调整第五电阻R5和第七电阻R7的阻值，阻值确定后，再根据不同的应用带宽需求，按照预设带宽公式，调整相应可调电容的电容值，也即第三电容C3和第四电容C4的电容值。

在本实施例的另一种实施方式中，可选的，第一处理电路包括：双输入双输出的低噪声放大电路以及双输入双输出的第一放大滤波电路；第二处理电路包括：双输入双输出的第二放大滤波电路；第一放大滤波电路和/或第二放大滤波电路为集成放大滤波子电路；如图1e所示，其中，集成放大滤波子电路具体包括：双输入双输出的第二可编程放大器A2、双输入双输出的第三可编程放大器A3以及双输入双输出的第四可编程放大器A4；在集成放大滤波子电路中，第二可编程放大器A2的第一信号输入端分别与第八电阻R8、第九电阻R9的第一端、第十电阻R10的第一端、第五电容C5的第一端以及第六电容C6的第一端相连，第二可编程放大器A2的第一信号输出端分别与第九电阻R9的第二端、第五电容C5的第二端以及第十一电阻R11的第一端相连；第二可编程放大器A2的第二信号输入端分别与第十四电阻R14、第十五电阻R15的第一端、第十六电阻R16的第一端、第九电容C9的第一端以及第十电容C10的第一端相连，第二可编程放大器A2的第二信号输出端分别与第十五电阻R15的第二端、第九电容C9的第二端以及第十七电阻R17的第一端相连；第三可编程放大器A3的第一信号输入端分别与第十一电阻R11的第二端以及第七电容C7的第一端相连，第三可编程放大器A3的第一信号输出端分别与第七电容C7的第二端、第十电容C10的第二端、第十六电阻R16的第二端以及第十二电阻R12的第一端相连；第三可编程放大器A3的第二信号输入端分别与第十七电阻R17的第二端以及第十一电容C11的第一端相连，第三可编程放大器A3的第二信号输出端分别与第十一电容C11的第二端、第六电容C6的第二端、第十电阻R10的第二端以及第十八电阻R18的第一端相连；第四可编程放大器A4的第一信号输入端分别与第十二电阻R12的第二端、第十三电阻R13的第一端以及第八电容C8的第一端相连，第四可编程放大器A4的第一信号输出端分别与第十三电阻R13的第二端以及第八电容C8的第二端相连；第四可编程放大器A4的第二信号输入端分别与第十八电阻R18的第二端、第十九电阻R19的第一端以及第十二电容C12的第一端相连，第四可编程放大器A4的第二信号输出端分别与第十九电阻R19的第二端以及第十二电容C12的第二端相连；其中，第八电阻R8、第十二电阻R12、第十四电阻R14和第十八电阻R18为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

示例性的，相对于上一实施方式中，第一放大滤波电路和/或第二放大滤波电路中的放大子电路和滤波子电路为独立的两个电路，本实施方式中，将放大电路和滤波电路集成为一个电路模块，也即集成放大滤波子电路。在该集成放大滤波子电路中，可设置第八电阻R8与第十四电阻R14的阻值相同，第十二电阻R12与第十八电阻R18的阻值相同，第十三电阻R13与第十九电阻R19的阻值相同，其他电阻的阻值相同。另外，还可设置第五电容C5、第七电容C7、第九电容C9以及第十一电容C11的电容值相同，第六电容C6与第十电容C10的电容值相同，第八电容C8和第十二电容C12的电容值相同。

本实施方式可采用与上一实时方式中相同的方法，通过调节第八电阻R8、第十二电阻R12、第十四电阻R14和第十八电阻R18的阻值，可以配置该电路的信号增益，通过调节第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12的电容值，可以配置该电路的信号带宽。具体的，可根据信号输出函数以及增益需求，在预设范围内调整可调电阻的阻值，阻值确定后，再根据不同的应用带宽需求，按照预设带宽公式，调整相应可调电容的电容值。

由于集成放大滤波子电路为双路且对称设置的电路，也即对正电压信号的处理电路与负电压信号的处理电路是对称设置的，这样可以使得其电路结构能够支持对双路模拟信号进行处理，从而适应于两线制总线的应用环境。

本实施例的技术方案，通过设置双输入单输出的接收链路，用于接收到经由两线制总线传输的双路模拟信号后，进行放大滤波处理，并将经模数转换得到的一路数字信号传输至模拟前端装置所在的数字设备，另外，装置中还设置了单输入双输出的发射链路，用于将数字设备发送的一路数字信号转换成双路模拟信号，对该双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至两线制总线，由于第一处理电路和第二处理电路均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路，使得该模拟前端装置能够应用于两线制总线。同时，利用将确定通道信号增益的电阻设置为可调电阻，且将确定通道信号带宽的电容设置为可调电容，使得带宽和增益均可调，解决了现有技术中两线制总线系统的传输线缆不能通用，而导致的两线制总线的使用成本高的问题，实现了模拟前端装置在两线制总线中的应用，进而提高了两线制总线的兼容性，降低了两线制总线的使用成本。

在上述实施例的基础之上，如图1f所示，可选的，低噪声放大电路包括：低噪声放大器A5；在低噪声放大电路中，低噪声放大器A5的第一信号输入端分别与第一电阻R1、第二电阻R2的第一端以及第一电容C1的第一端相连，低噪声放大器A5的第一信号输出端分别与第二电阻R2的第二端以及第一电容C1的第二端相连；低噪声放大器A5的第二信号输入端分别与第三电阻R3、第四电阻R4的第一端以及第二电容C2的第一端相连，低噪声放大器A5的第二信号输出端分别与第四电阻R4的第二端以及第二电容C2的第二端相连；其中，第一电阻R1和第三电阻R3为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；第一电容C1和第二电容C2为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

其中，第一电阻R1和第三电阻R3的阻值相同，第二电阻R2和第四电阻R4的阻值相同，第一电容C1和第二电容C2的电容值相同。本实施例中，通过调节第一电阻R1和第三电阻R3，可以配置该低噪声放大器A5的增益，通过调节第一电容C1和第二电容C2，可以配置该低噪声放大器A5的带宽，例如设置为-3dB带宽。

示例性的，可采用上述实施例中可编程放大子电路相同的增益带宽调节原理，先根据信号输出函数以及增益需求，在预设范围内调整第一电阻R1和第三电阻R3的阻值，阻值确定后，再根据不同的应用带宽需求，按照预设带宽公式，调整相应可调电容的电容值，也即第一电容C1和第二电容C2的电容值。

可选的，可调电阻的阻值范围为50Ω至50kΩ；可调电容的电容值范围为100pf至100f。

为了满足热噪声的需求，可将所有可调电阻的阻值范围均设置为50Ω至50kΩ，相应的，可调电容的电容值范围均设置为100pf至100f，以优化信号传输环境。

在上述实施例的基础上，可选的，模拟前端装置还可以包括：校准电路，校准电路与装置中包括的可调电阻以及可调电容相连；校准电路，用于对可调电阻的阻值进行调整，和/或根据可调电阻设定的阻值，对关联可调电容的电容值进行校准，以调整信号增益和/或信号带宽。

由于可调电阻和可调电容，可以看作是由多个开关器件串联或并联的一系列的定值电阻或定值电容，因此，校准电路的工作原理是通过控制各开关器件的通断，来改变电阻的阻值和电容的容值，从而达到电阻可调、电容可调的效果。示例性的，当模拟前端装置所在的数字设备上电启动时，数字设备中的控制器会发送启动信号给该校准电路，其中，启动信号包括；预设的信号增益值和信号带宽，当校准电路收到该启动信号时，根据该启动信号计算相应可调电阻的电阻值和/或可调电容的电容值，进而获取各开关器件的通断信号，按照通断信号控制各开关器件接通或断开，从而对电路的信号增益和/或信号带宽进行调整，以满足两线制总线中不同传输距离、通信协议和通信制式，对信号增益和信号带宽的要求。

为了节约能量的消耗，可选的，在校准电路完成信号增益和信号带宽的调整工作后，即可停止工作，不再消耗能量。

实施例二

图2a为本发明实施例二提供的一种应用于两线制总线的模拟前端装置的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了可选的模拟前端装置。具体的，模拟前端装置还包括时钟电路13。

其中，时钟电路13分别与模数转换电路112以及数模转换电路122相连，用于产生设定频率的时钟信号，以控制模数转换电路112以及数模转换电路122按照设定频率进行采样。

本实施例中，时钟电路13中用于产生时钟信号的信号源，可以是本模拟前端装置内设置的晶体振荡器(XO或XTAL)，也可以是本模拟前端装置以外，也即片外设置的晶体振荡器，在此不作限定。

设置时钟电路13的好处在于，可以调节模数转换电路112以及数模转换电路122的采样频率，以适应不同的数字信号或模拟信号的需求。

可选的，时钟电路13包括依次连接的晶体振荡器131和锁相环132，其中，晶体振荡器131用于产生参考时钟信号，锁相环132用于将参考时钟信号调整为设定频率的时钟信号。

其中，晶体振荡器131可以是无源晶体，例如XO，也可以是有源晶体，例如XTAL。若晶体振荡器131为无源晶体XO，则无需输入供电电压，若晶体振荡器131为有源晶体XTAL，则需要外接正负极供电电压。

示例性的，晶体振荡器131与锁相环132(Phase Locked Loop，PLL)相连，为锁相环132提供参考时钟信号，锁相环132将该参考时钟信号按照设定频率进行调节，为接收链路11中的模数转换电路112，以及发送链路12中的数模转换电路122，提供一个低抖动的时钟信号，以按照该时钟信号控制模数转换电路112对双路模拟信号的采样频率，以及数模转换电路122对数字信号的采样频率。

在以上各实施例的基础上，可选的，如图2b所示，模拟前端装置还可以包括电源模块：电源模块包括直流斩波器141和一组低压差线性稳压器142；其中，直流斩波器141的输入端与外部电源相连，用于将外部电源转换为预设电压的初始电源；低压差线性稳压器142的输入端与直流斩波器141的输出端相连，用于将初始电源转换为预设电压的稳定电源。

示例性的，直流斩波器141(DC/DC)可将外部电源转换为一个带有一定纹波的初始电源，然后将该带有一定纹波的初始电源输出至一组低压差线性稳压器142(low dropoutregulator，LDO)，低压差线性稳压器142可将该初始电源转换为纯净的电源，也即具有预设电压的稳定电源，以给本模拟前端装置内的其他电路模块进行供电，其中，一个电路模块可对应连接一个低压差线性稳压器。设置低压差线性稳压器142的好处在于，可以有效抑制电源噪声，提高电源的使用效率。

本实施例的技术方案，通过在模拟前端装置中设置时钟电路，利用时钟电路产生设定频率的时钟信号，以控制模数转换电路以及数模转换电路按照设定频率进行采样，从而实现了在两线制总线中，进行信号转换时对采样频率的调节，进一步提高了两线制总线的兼容性，降低了两线制总线的使用成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种应用于两线制总线的模拟前端装置，其特征在于，包括双输入单输出的接收链路以及单输入双输出的发射链路，其中：

所述双输入单输出的接收链路，用于接收到经由两线制总线传输的双路模拟信号后，通过第一处理电路对所述双路模拟信号进行放大滤波处理，并通过模数转换电路对处理后的双路模拟信号进行模数转换得到一路数字信号，之后将所述数字信号输出至模拟前端装置所在的数字设备；

所述单输入双输出的发射链路，用于接收所述模拟前端装置所在的数字设备发送的数字信号后，通过数模转换电路转换成双路模拟信号，通过第二处理电路对所述双路模拟信号进行放大滤波处理后输出至所述两线制总线；

所述第一处理电路和所述第二处理电路均为双路且对称设置的增益带宽可调节电路；所述第一处理电路和所述第二处理电路中，确定通道信号增益的电阻被设置为可调电阻，确定通道信号带宽的电容被设置为可调电容。

2.根据权利要求1所述的模拟前端装置，其特征在于，所述第一处理电路包括：双输入双输出的低噪声放大电路以及双输入双输出的第一放大滤波电路；所述第二处理电路包括：双输入双输出的第二放大滤波电路；

所述第一放大滤波电路和/或所述第二放大滤波电路包括：双输入双输出的可编程放大子电路以及双输入双输出的带宽可调滤波子电路；

其中，所述第一放大滤波电路中的可编程放大子电路的双输入端与所述低噪声放大电路的双输出端相连，所述第一放大滤波电路中的带宽可调滤波子电路的双输出端与所述模数转换电路的双输入端相连；所述第二放大滤波电路中的可编程放大子电路的双输入端与所述数模转换电路的双输出端相连，所述第二放大滤波电路中的带宽可调滤波子电路的双输出端用于将输出信号输出至所述两线制总线。

3.根据权利要求2所述的模拟前端装置，其特征在于，所述可编程放大子电路包括：双输入双输出的第一可编程放大器；

在所述可编程放大子电路中，所述第一可编程放大器的第一信号输入端分别与第五电阻、第六电阻的第一端以及第三电容的第一端相连，所述第一可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第六电阻的第二端以及所述第三电容的第二端相连；

所述第一可编程放大器的第二信号输入端分别与第七电阻、第八电阻的第一端以及第四电容的第一端相连，所述第一可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第八电阻的第二端以及所述第四电容的第二端相连；

其中，所述第五电阻和所述第七电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第三电容和所述第四电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

4.根据权利要求1所述的模拟前端装置，其特征在于，所述第一处理电路包括：双输入双输出的低噪声放大电路以及双输入双输出的第一放大滤波电路；所述第二处理电路包括：双输入双输出的第二放大滤波电路；

所述第一放大滤波电路和/或所述第二放大滤波电路为集成放大滤波子电路；

其中，所述集成放大滤波子电路具体包括：双输入双输出的第二可编程放大器、双输入双输出的第三可编程放大器以及双输入双输出的第四可编程放大器；

在所述集成放大滤波子电路中，所述第二可编程放大器的第一信号输入端分别与第八电阻、第九电阻的第一端、第十电阻的第一端、第五电容的第一端以及第六电容的第一端相连，所述第二可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第九电阻的第二端、所述第五电容的第二端以及第十一电阻的第一端相连；

所述第二可编程放大器的第二信号输入端分别与第十四电阻、第十五电阻的第一端、第十六电阻的第一端、第九电容的第一端以及第十电容的第一端相连，所述第二可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十五电阻的第二端、所述第九电容的第二端以及第十七电阻的第一端相连；

所述第三可编程放大器的第一信号输入端分别与所述第十一电阻的第二端以及第七电容的第一端相连，所述第三可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第七电容的第二端、所述第十电容的第二端、所述第十六电阻的第二端以及第十二电阻的第一端相连；

所述第三可编程放大器的第二信号输入端分别与所述第十七电阻的第二端以及第十一电容的第一端相连，所述第三可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十一电容的第二端、所述第六电容的第二端、所述第十电阻的第二端以及第十八电阻的第一端相连；

所述第四可编程放大器的第一信号输入端分别与所述第十二电阻的第二端、第十三电阻的第一端以及第八电容的第一端相连，所述第四可编程放大器的第一信号输出端分别与所述第十三电阻的第二端以及所述第八电容的第二端相连；

所述第四可编程放大器的第二信号输入端分别与所述第十八电阻的第二端、第十九电阻的第一端以及第十二电容的第一端相连，所述第四可编程放大器的第二信号输出端分别与所述第十九电阻的第二端以及所述第十二电容的第二端相连；

其中，所述第八电阻、所述第十二电阻、所述第十四电阻和所述第十八电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第五电容、所述第六电容、所述第七电容、所述第八电容、所述第九电容、所述第十电容、所述第十一电容和所述第十二电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

5.根据权利要求2或4所述的模拟前端装置，其特征在于，所述低噪声放大电路包括：低噪声放大器；

在所述低噪声放大电路中，所述低噪声放大器的第一信号输入端分别与第一电阻、第二电阻的第一端以及第一电容的第一端相连，所述低噪声放大器的第一信号输出端分别与所述第二电阻的第二端以及所述第一电容的第二端相连；

所述低噪声放大器的第二信号输入端分别与第三电阻、第四电阻的第一端以及第二电容的第一端相连，所述低噪声放大器的第二信号输出端分别与所述第四电阻的第二端以及所述第二电容的第二端相连；

其中，所述第一电阻和所述第三电阻为可调电阻，用于调整所在电路的输入输出通道的信号增益；所述第一电容和所述第二电容为可调电容，用于调整所在电路的输入输出通道的信号带宽。

6.根据权利要求1-4任一项所述的模拟前端装置，其特征在于，所述可调电阻的阻值范围为50Ω至50kΩ；所述可调电容的电容值范围为100pf至100f。

7.根据权利要求1-4任一项所述的模拟前端装置，其特征在于，所述装置还包括：校准电路，所述校准电路与所述装置中包括的可调电阻以及可调电容相连；

所述校准电路，用于对可调电阻的阻值进行调整，和/或根据可调电阻设定的阻值，对关联可调电容的电容值进行校准，以调整信号增益和/或信号带宽。

8.根据权利要求1-4任一项所述的模拟前端装置，其特征在于，还包括时钟电路：

所述时钟电路分别与所述模数转换电路以及所述数模转换电路相连，用于产生设定频率的时钟信号，以控制所述模数转换电路以及所述数模转换电路按照所述设定频率进行采样。

9.根据权利要求8所述的模拟前端装置，其特征在于，所述时钟电路包括依次连接的晶体振荡器和锁相环，其中，所述晶体振荡器用于产生参考时钟信号，所述锁相环用于将所述参考时钟信号调整为所述设定频率的时钟信号。

10.根据权利要求1所述的模拟前端装置，其特征在于，还包括电源模块：

所述电源模块包括直流斩波器和一组低压差线性稳压器；

其中，所述直流斩波器的输入端与外部电源相连，用于将所述外部电源转换为预设电压的初始电源；

所述低压差线性稳压器的输入端与所述直流斩波器的输出端相连，用于将所述初始电源转换为所述预设电压的稳定电源。