CN110850761A - 一种高精度模拟量采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度模拟量采集电路，包括采集放大电路、模数转换电路和光耦隔离电路；采集放大电路包括分压电路和放大电路；分压电路将采样电压Vin转换为运放可处理的0‑5V之间的电压值；放大电路通过对经分压电路分压后的电压信号进行调理，发送到模数转换电路；模数转换电路由模/数转换器电路和电压基准电路组成；模/数转换器电路进行模数转换，电压基准电路输出2.5V电压，作为模/数转换器的基准参考电压；光耦隔离电路用于实现模/数转换器与数字接口隔离。本发明的电路可实现12位分辨率模拟量采集，通过设置隔离电路实现了模/数转换器与数字接口隔离，采样精度高，范围广。

Description

一种高精度模拟量采集电路
技术领域
本发明属于数据采集领域，具体涉及一种高精度模拟量采集电路。
背景技术
传统模/数转换技术对于模拟量采集转换很难实现12位以上的高分辨率。近年来随着大规模集成电路、计算机技术、数字系统的飞速发展，数字系统日益显示出高性能、可靠性好、灵活性、及体积小、功耗低、成本低等优点，利用目前已有的高速、中等精度的模数转换器件，结合DSP进行相应的数据处理、计算、校准，实现了12位高精度模数采集电路。
在实际工程应用中，高精度模拟量采集转换系统具有很高的应用价值。传统模拟量采集电路经放大电路调理输出直接进入DSP，由于器件精度差异，模拟量采集精度校准需要软件调试，效率低、精度差。
发明内容
本发明的目的在于，为了克服模拟量采集电路，调试效率低、采集精度差的缺点，满足具备模拟量采集功能配电产品的需求。本发明设计的高精度模拟量采集电路从根本上解决了上述问题。采样放大电路根据采样范围及精度要求选择不同规格高精度低温漂的电阻器，模拟量信号经过放大电路调理，输出给模/数转换器；模/数转换器连接基准电压发生器，模/数转换器输出端与数字信号处理单元输入端设置光耦器件实现隔离。
本发明技术方案:一种高精度模拟量采集电路，包括采集放大电路、模数转换电路和光耦隔离电路；
采集放大电路包括分压电路和放大电路；
分压电路通过设置不同阻值的分压电阻，将采样电压Vin转换为运放AD8606ARZ可处理的0-5V之间的电压值，分压电路包括分压电阻R1、R2、R3，滤波电容C1、C2，模拟量输入采样电压Vin与所述电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及C1的一端相连，所述电阻R2的另一端与C2的一端、R3的一端以及运放U1的输入A正端相连，所述R3、C2、C1的另一端接地PGND；
放大电路通过对经分压电路分压后的电压信号进行调理，将电压信号的数值大小调理为5-0V之间的电压值，通过U1输出B端输出直流信号，经过限流电阻连接到模/数转换器AD7490BRU，将调理后电压Vout发送到模数转换电路，放大电路包括运放U1、电容C3、C7、C10、C13，电阻R4、R6、R7、R8、R13，所述U1的供电端接+5V，接地端接地PGND，所述C7两端分别接+5V与PGND；所述U1的输入A负端与输出A端相连并与C3和R4的一端相连，所述C3另一端接地PGND，所述R4另一端与U1的输入B负端相连后，与并联的C10和R6一端相连，所述C10和R6并联的另一端与U1的输出B端和R13一端相连，所述R13另一端与采样放大电路输出端Vout和C13一端相连，所述C13另一端与地PGND相连；所述R7一端与U1的输入B正端相连，R7另一端与基准电压VREF相连，所述R8一端与U1的输入B正端相连，R8另一端与地PGND相连；
模数转换电路由模/数转换器电路和电压基准电路组成，模/数转换器电路包括AD转换器JK0_M，芯片型号AD7490BRU，所述JK0_M的17脚与22脚与+5V相连；根据实际使用情况，采集放大电路采集到的模拟量Vout与JK0_M的VIN0～VIN15脚之一相连，不需要用到的管脚与地PGND相连；所述JK0_M的14、18、21、24脚与地PGND相连；所述JK0_M的15脚DOUT输出信号AD_DO_M，向外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的数据逻辑输出信号；第20脚CS信号AD_CS0_M与光耦隔离电路相连，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的芯片选择信号；第16脚SCLK信号为AD_SCLK_M，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的串行时钟信号；第19脚DIN信号为AD_DIN_M，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的数据逻辑输入信号；
电压基准电路输出2.5V电压，作为模/数转换器AD7490BRU的基准参考电压；电压基准电路由电压基准源U2，芯片型号ADR431BR，限流电阻R5，电容C4、C5、C6、C8、C9构成，所述U2的2脚与+5V相连，4脚与地PGND相连，所述C4与C8并联，接在+5V与地PGND之间，所述U2的6脚与JK0_M的23脚相连，所述U2的7脚与R5一端相连，R5另一端与C5一端相连，C5另一端与JK0_M的23脚相连，所述U2的6脚与地PGND之间并联电容C6与C9；
光耦隔离电路用于实现模/数转换器与数字接口隔离，包括同向光耦OP0_M，芯片规格为HCPL-0930和异向光耦OP2_M，芯片规格HCPL-0931，限流电阻R9、R10、R11、R12、R14、R15、R16、R17，电容R11、R12、R14、R15；所述OP0_M的1脚与+3.3V和C11一端相连，C11另一端与DGND相连，OP0_M的8脚与+5V和C14一端相连，C14另一端与PGND相连，OP2_M的4脚与DGND相连，5脚与PGND相连；6脚与7脚分别经过R15与R14和JK0_M的AD_CS0_M与AD_SCLK_M相连，2脚与3脚分别经过R9和R11和外部数字信号处理单元相连；
所述OP2_M的1脚与+3.3V和C12一端相连，C12另一端与DGND相连，OP2_M的8脚与+5V和C15一端相连，C15另一端与PGND相连，OP2_M的4脚与DGND相连，5脚与PGND相连；6脚与7脚分别经过R16与R17和JK0_M的AD_DO_M与AD_DIN_M相连，2脚与3脚分别经过R10和R12和外部数字信号处理单元相连。
发明的有益效果：通过本发明设计的一种高精度模拟量采集电路，可实现12位分辨率模拟量采集，通过设置隔离电路实现了模/数转换器与数字接口隔离，采样精度高，范围广。
附图说明
图1是本发明采集放大电路
图2是本发明模数转换电路
图3是本发明光耦隔离电路
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
本发明的一种高精度模拟量采集电路，包括采集放大电路、模数转换电路和光耦隔离电路；采集放大电路包括分压电路和放大电路；分压电路通过设置不同阻值的分压电阻，将采样电压Vin转换为运放AD8606ARZ可处理的0-5V之间的电压值；放大电路通过对经分压电路分压后的电压信号进行调理，将电压信号的数值大小调理为5-0V之间的电压值，通过U1输出B端输出直流信号，经过限流电阻连接到模/数转换器AD7490BRU，将调理后电压Vout发送到模数转换电路；模数转换电路由模/数转换器电路和电压基准电路组成；模/数转换器电路进行模数转换，电压基准电路输出2.5V电压，作为模/数转换器AD7490BRU的基准参考电压；光耦隔离电路用于实现模/数转换器与数字接口隔离。
图1是本发明的采集放大电路。采集放大电路由分压电阻、放大电路组成。其中R1、R2、R3为分压电阻，C1、C2为滤波电容，共同构成前端分压电路，通过设置不同阻值的分压电阻，将采样电压Vin转换为运放AD8606ARZ可处理的0-5V以间的电压值，经过运放U1、基准电压VREF及周边电路R4、R6、R7、R8的调理将电压信号转换为5-0V之间的电压值，通过U1第7脚输出直流信号，经过限流电阻R13连接到AD7490BRU模/数转换器VIN0～VIN15管脚，将调理后电压Vout发送到模数转换电路。
图2是本发明的模数转换电路。模数转换电路由模/数转换器AD7490BRU和电压基准电路组成。模/数转换器AD7490BRU由5V供电，电压基准电路ADR431BR通过第6脚VOUT输出2.5V电压，作为模/数转换器AD7490BRU的基准参考电压；放大电路采集到的模拟量，经VIN0-VIN15之一模拟输入通道给到模/数转换器AD7490BRU处理，通过15脚DOUT输出信号AD_DO_M给到光耦隔离电路；第20脚CS信号为AD_CS0_M，接收数字信号处理单元发出经光耦隔离的芯片选择信号；第16脚SCLK信号为AD_SCLK_M，接收数字信号处理单元发出经光耦隔离的串行时钟信号；第19脚DIN信号为AD_DIN_M，接收数字信号处理单元发出经光耦隔离的数据逻辑输入信号。
图3是本发明的光耦隔离电路，OP0_M为同向光耦，对模/数转换器AD7490BRU芯片选择信号CS、串行时钟信号SCLK进行隔离，光耦输入端1脚、4脚为3.3V供电，2脚为芯片选择信号SPI_AD_CS0_M，3脚为串行时钟信号SPI_SCLK_M，光耦输出端5脚、8脚为5V供电，6脚为串行时钟信号AD_SCLK_M，7脚为芯片选择信号AD_CS0_M；OP2_M为异向光耦，对模/数转换器AD7490BRU数据输入逻辑输入信号DIN、数据输出逻辑输出信号DOUT进行隔离，光耦输入端1脚、4脚为3.3V供电，2脚为数据输入逻辑输入信号SPI_AD_DIN_M，3脚为数据输出逻辑输出信号SPI_AD_DO_M，光耦输出端5脚、8脚为5V供电，6脚为数据输出逻辑输出信号AD_DO_M，7脚为数据输入逻辑输入信号AD_DIN_M；与DSP实现隔离，实现了信号的完全电气隔离。保证了模/数转换器AD7490BRU输入输出信号的稳定性，保证了电路的可靠性。

Claims (9)

1.一种高精度模拟量采集电路，包括采集放大电路、模数转换电路和光耦隔离电路；
采集放大电路包括分压电路和放大电路；
分压电路通过设置不同阻值的分压电阻，将采样电压Vin转换为运放AD8606ARZ可处理的0-5V之间的电压值；放大电路通过对经分压电路分压后的电压信号进行调理，将电压信号的数值大小调理为5-0V之间的电压值，通过U1输出B端输出直流信号，经过限流电阻连接到模/数转换器AD7490BRU，将调理后电压Vout发送到模数转换电路；
模数转换电路由模/数转换器电路和电压基准电路组成；模/数转换器电路进行模数转换，电压基准电路输出2.5V电压，作为模/数转换器AD7490BRU的基准参考电压；
光耦隔离电路用于实现模/数转换器与数字接口隔离。
2.如权利要求1所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，采集放大电路的所述分压电路包括分压电阻R1、R2、R3，滤波电容C1、C2，模拟量输入采样电压Vin与所述电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及C1的一端相连，所述电阻R2的另一端与C2的一端、R3的一端以及运放U1的输入A正端相连，所述R3、C2、C1的另一端接地PGND。
3.如权利要求2所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，采集放大电路的所述放大电路包括运放U1、电容C3、C7、C10、C13，电阻R4、R6、R7、R8、R13，所述U1的供电端接+5V，接地端接地PGND，所述C7两端分别接+5V与PGND；所述U1的输入A负端与输出A端相连并与C3和R4的一端相连，所述C3另一端接地PGND，所述R4另一端与U1的输入B负端相连后，与并联的C10和R6一端相连，所述C10和R6并联的另一端与U1的输出B端和R13一端相连，所述R13另一端与采样放大电路输出端Vout和C13一端相连，所述C13另一端与地PGND相连；所述R7一端与U1的输入B正端相连，R7另一端与基准电压VREF相连，所述R8一端与U1的输入B正端相连，R8另一端与地PGND相连。
4.如权利要求3所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，模数转换电路的所述模/数转换器电路包括AD转换器JK0_M，所述JK0_M的17脚与22脚与+5V相连；根据实际使用情况，采集放大电路采集到的模拟量Vout与JK0_M的VIN0-VIN15脚之一相连，不需要用到的管脚与地PGND相连；所述JK0_M的14、18、21、24脚与地PGND相连；所述JK0_M的15脚DOUT输出信号AD_DO_M，向外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的数据逻辑输出信号；第20脚CS信号AD_CS0_M与光耦隔离电路相连，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的芯片选择信号；第16脚SCLK信号为AD_SCLK_M，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的串行时钟信号；第19脚DIN信号为AD_DIN_M，接收外部数字信号处理单元发出经光耦隔离的数据逻辑输入信号。
5.如权利要求4所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，模数转换电路的所述电压基准电路由电压基准源U2，限流电阻R5，电容C4、C5、C6、C8、C9构成，所述U2的2脚与+5V相连，4脚与地PGND相连，所述C4与C8并联，接在+5V与地PGND之间，所述U2的6脚与JK0_M的23脚相连，所述U2的7脚与R5一端相连，R5另一端与C5一端相连，C5另一端与JK0_M的23脚相连，所述U2的6脚与地PGND之间并联电容C6与C9。
6.如权利要求5所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，光耦隔离电路包括同向光耦OP0_M和异向光耦OP2_M，限流电阻R9、R10、R11、R12、R14、R15、R16、R17，电容R11、R12、R14、R15；所述OP0_M的1脚与+3.3V和C11一端相连，C11另一端与DGND相连，OP0_M的8脚与+5V和C14一端相连，C14另一端与PGND相连，OP2_M的4脚与DGND相连，5脚与PGND相连；6脚与7脚分别经过R15与R14和JK0_M的AD_CS0_M与AD_SCLK_M相连，2脚与3脚分别经过R9和R11和外部数字信号处理单元相连；
所述OP2_M的1脚与+3.3V和C12一端相连，C12另一端与DGND相连，OP2_M的8脚与+5V和C15一端相连，C15另一端与PGND相连，OP2_M的4脚与DGND相连，5脚与PGND相连；6脚与7脚分别经过R16与R17和JK0_M的AD_DO_M与AD_DIN_M相连，2脚与3脚分别经过R10和R12和外部数字信号处理单元相连。
7.如权利要求6所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，所述模/数转换器电路的AD转换器JK0_M，芯片型号AD7490BRU。
8.如权利要求7所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，所述电压基准源U2，芯片型号ADR431BR。
9.如权利要求8所述的一种高精度模拟量采集电路，其特征在于，同向光耦OP0_M，芯片规格为HCPL-0930，异向光耦OP2_M，芯片规格HCPL-0931。
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