CN111025950A - 一种能够滤波和放大的信号转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够滤波和放大的信号转换装置。该信号转换装置包括CPU，用于接收、发送和处理信号；现场可编程门阵列，用于将CPU处理的信号转换为数字信号；数模转换芯片，用于将所述数字信号转换为电流信号；电流电压转换电路，用于将所述电流信号转换为电压信号；滤波电路，用于对所述电压信号进行滤波；运算放大电路，用于对滤波后的所述电压信号进行放大处理。本发明的信号转换装置通过电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，并通过滤波电路和运算放大电路对电压信号进行滤波和放大，从而改善提高信号转换器的稳定性，使得配置有该信号转换装置的自动测控系统具有较好的稳定性，改善自动测控系统的精度和工作效率。

Description

一种能够滤波和放大的信号转换装置
技术领域
本发明涉及信号转换技术领域，特别是涉及一种能够滤波和放大的信号转换装置。
背景技术
随着近代工业和科学技术的发展，测试任务和测控对象变得越来越复杂，对测试速度和测试精度的要求也越来越高，从而推动自动测控系统技术不断地向新的领域发展。
在自动测控系统中，经常使用许多测量设备进行测量，例如传感器，而这些测量设备的输出信号一般为电信号，而自动测控系统中的许多单片机只能处理电压信号，因此需要在自动测控系统中配置信号转换器。
但是，目前自动测控系统中的信号转换器的转换稳定性较差，影响自动测控系统的稳定性，从而使得自动测控系统的精度和工作效率降低。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种能够滤波和放大的信号转换装置。
具体地，本发明一个实施例提出的一种能够滤波和放大的信号转换装置，包括：
CPU，用于接收、发送和处理信号；
现场可编程门阵列，连接至所述CPU，用于将CPU处理的信号转换为数字信号；
数模转换芯片，连接至所述现场可编程门阵列，用于将所述数字信号转换为电流信号；
电流电压转换电路，连接至所述数模转换芯片，用于将所述电流信号转换为电压信号；
滤波电路，连接至所述电流电压转换电路，用于对所述电压信号进行滤波，所述滤波电路包括第四电容、第五电容、第六电容和第七电容，所述第四电容、第五电容、所述第六电容和所述第七电容并联连接；
运算放大电路，连接至所述滤波电路，用于对滤波后的所述电压信号进行放大处理，所述运算放大电路包括第二放大器、稳压器和第二稳压二极管，其中，所述第二放大器的正输入端连接于所述滤波电路，所述第二放大器的负输入端连接于稳压器，所述第二稳压二极管连接接于所述第二放大器的输出端。
在本发明的一个实施例中，所述第四电容和所述第五电容均为电解电容。
在本发明的一个实施例中，所述第六电容和所述第七电容均为瓷片电容。
在本发明的一个实施例中，所述电流电压转换电路包括保险丝、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、稳压二极管和放大器，其中，
所述保险丝和所述第三电阻依次串接于所述数模转换芯片和放大器的正输入端，所述第一电容的第一端连接于所述数模转换芯片和所述保险丝连接形成的节点处，所述第一电容的第二端连接于接地端，所述第一电阻和所述第二电阻串接形成的第一端连接于所述保险丝和所述第三电阻连接形成的节点处，所述第一电阻和所述第二电阻串接形成的第二端连接于接地端，所述第二电容的第一端连接于所述保险丝和所述第三电阻连接形成的节点处，所述第二电容的第二端连接于接地端；
所述放大器的负输入端连接于所述第六电阻，所述第六电阻、所述稳压二极管和所述第三电容并接形成的第一端连接于所述第五电阻的第一端，所述第六电阻、所述稳压二极管和所述第三电容并接形成的第二端连接于接地端，所述第五电阻的第二端连接于电压输入端，所述第七电阻的第一端连接于所述第六电阻、稳压二极管和第三电容并接形成的第二端，所述第七电阻的第二端连接于所述第四电容、第五电容、所述第六电容和所述第七电容并接形成的第一端，所述第四电阻的第一端连接于所述放大器的输出端，所述第四电阻的第二端连接于所述第四电容、第五电容、所述第六电容和所述第七电容并接形成的第二端。
在本发明的一个实施例中，所述第二电阻和第六电阻为滑动变阻器。
在本发明的一个实施例中，第一放大器的型号为LM224。
在本发明的一个实施例中，所述保险丝为自恢复保险丝。
在本发明的一个实施例中，所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管的型号均为MTZ2.0。
本发明实施例，具备如下优点：
本发明将CPU以及现场可编程门阵列产生的数字信号送入数模转换芯片，并通过电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，并通过滤波电路和运算放大电路对电压信号进行滤波和放大，从而改善提高信号转换器的稳定性，使得配置有该信号转换装置的自动测控系统具有较好的稳定性，改善自动测控系统的精度和工作效率。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种能够滤波和放大的信号转换装置的电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电流电压转换电路和滤波电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种运算放大电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
请同时参见图1、图2和图3，图1为本发明实施例提供的一种能够滤波和放大的信号转换装置的电路结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种电流电压转换电路和滤波电路的结构示意图，图3为本发明实施例提供的一种运算放大电路的结构示意图。本发明的实施例提供一种能够滤波和放大的信号转换装置，该信号转换装置包括：
CPU，用于接收、发送和处理信号；
现场可编程门阵列，连接至所述CPU，用于将CPU处理的信号转换为数字信号；
数模转换芯片，连接至所述现场可编程门阵列，用于将所述数字信号转换为电流信号；
电流电压转换电路，连接至所述数模转换芯片，用于将所述电流信号转换为电压信号；
滤波电路，连接至所述电流电压转换电路，用于对所述电压信号进行滤波，所述滤波电路包括第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7，所述第四电容C4、第五电容C5、所述第六电容C6和所述第七电容C7并联连接；
运算放大电路，连接至所述滤波电路，用于对滤波后的所述电压信号进行放大处理，所述运算放大电路包括第二放大器A2、稳压器N1和第二稳压二极管D2，其中，所述第二放大器A2的正输入端连接于所述滤波电路，所述第二放大器A2的负输入端连接于稳压器N1，所述第二稳压二极管D2连接接于所述第二放大器A2的输出端。
本实施例将CPU以及现场可编程门阵列产生的数字信号送入数模转换芯片，并通过电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，并通过滤波电路和运算放大电路对电压信号进行滤波和放大，从而改善提高信号转换器的稳定性，使得配置有该信号转换装置的自动测控系统具有较好的稳定性，改善自动测控系统的精度和工作效率。
优选地，所述第四电容C4和所述第五电容C5均为电解电容。
优选地，所述第六电容C6和所述第七电容C7均为瓷片电容。
本实施例利用滤波电路中第四电容C4和第五电容C5滤除电压中的低频纹波，利用第六电容C6和第七电容C7滤除电压中的高频噪声，以对转换的电压信号进行滤波，提高该信号转换器的稳定性和精确度。
本实施例的运算放大电路包括有第二放大器、稳压器和第二稳压二极管，通过稳压器和第二稳压二极管提高运算放大电路的放大稳定性，从而进一步提高该系统的稳定性。
优选地，第二放大器A2的型号为AD811。
优选地，稳压器N1的型号为TL431。
优选地，第二稳压二极管D2的型号均为MTZ2.0。
具体地，CPU为一种微处理器，通过CPU接收需要进行转换的信号，并通过CPU对该信号进行处理，以便于CPU和现场可编程门阵列耦合输出数字信号。
优选地，CPU的型号为MSP430FG461XIPZ。
具体地，现场可编程门阵列的型号为EP4CE40F29C8N。
具体地，数模转换芯片将接收的数字信号转化为电流信号，信号的集成电子芯片。
优选地，数模转换芯片的型号为AD9708，AD9708采用+3V～+5V的单电源供电，两路电流输出，转换速率高达12.5MHz，建立时间不大于35ns，转换精度为1/4LSB。
具体地，电流电压转换电路包括保险丝F1、第一电阻R1、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、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、稳压二极管D1和放大器A1，其中，
所述保险丝F1和所述第三电阻R3依次串接于所述数模转换芯片和放大器A1的正输入端，所述第一电容C1的第一端连接于所述数模转换芯片和所述保险丝F1连接形成的节点处，所述第一电容C1的第二端连接于接地端GND，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串接形成的第一端连接于所述保险丝F1和所述第三电阻R3连接形成的节点处，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串接形成的第二端连接于接地端GND，所述第二电容C2的第一端连接于所述保险丝F1和所述第三电阻R3连接形成的节点处，所述第二电容C2的第二端连接于接地端GND，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串接之后与所述第二电容C2并接；
所述放大器A1的负输入端连接于所述第六电阻R6，所述第六电阻R6、所述稳压二极管D1和所述第三电容C3并接形成的第一端连接于所述第五电阻R5的第一端，所述第六电阻R6、所述稳压二极管D1和所述第三电容C3并接形成的第二端连接于接地端GND，所述第五电阻R5的第二端连接于电压输入端Vin，所述第七电阻R7的第一端连接于所述第六电阻R6、稳压二极管D1和第三电容C3并接形成的第二端，所述第七电阻R7的第二端连接于所述第四电容C4、第五电容C5、所述第六电容C6和所述第七电容C7并接形成的第一端，所述第四电阻R4的第一端连接于所述放大器A1的输出端，所述第四电阻R4的第二端连接于所述第四电容C4、第五电容C5、所述第六电容C6和所述第七电容C7并接形成的第二端。
通过第一电容对电流信号进行滤波，以去除干扰，保证电流信号传输的稳定，提高转换的精确度和稳定性。
具体地，保险丝F1为自恢复保险丝，且自恢复保险丝的型号为WH130。
采用自恢复保险丝，不仅可以保护电流电压转换电路，且当电流电压转换电路的过流过热故障得到排除之后，自恢复保险丝会自动复原到低阻态，无需更换，使用方便，且能够保护电源系统的安全。
具体地，第一电阻R1为固定阻值的电阻，第二电阻R2为滑动变阻器，且第二电阻R2为微调电阻，利用第二电阻R2进行微调。
通过第一电阻R1和第二电阻R2的串联改善了电流信号转换为电压信号的精确度。
本实施例的转换电路的基准电压设置有第六电阻，且第六电阻为滑动变阻器，通过调整第六电阻的大小能够实现对基准电压进行调整，通过改变第六电阻和第七电阻的电压分配比例，实现对基准电压的改变，从而使得该转换电路的适用性更广。通过设置稳压二极管可以用于稳定电压，且通过第三电容进行滤波，进一步保证电压的稳定。
优选地，第一稳压二极管D1的型号为MTZ2.0。
优选地，第一放大器A1的型号为LM224。
例如，当需要转换的电流信号为4-20mA时，可以将第一电阻R1设置为200Ω，第二电阻R2设置为0-10Ω，第三电阻R3设置为100Ω，电压输入端Vin输入的电压为5V，第四电阻R4为200Ω，第五电阻R5设置为1kΩ，第六电阻R6设置为0-2kΩ、第七电阻R7设置为1kΩ，则转换的电压信号可以为0-5V。
本实施例将CPU以及现场可编程门阵列产生的数字信号送入数模转换芯片，并通过电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，并通过低通滤波器和运算放大电路对电压信号进行滤波和放大，从而改善提高信号转换器的稳定性，使得配置有该用于信号转换的系统的自动测控系统具有较好的稳定性，改善自动测控系统的精度和工作效率。
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 (9)

1.一种能够滤波和放大的信号转换装置，其特征在于，包括：
CPU，用于接收、发送和处理信号；
现场可编程门阵列，连接至所述CPU，用于将CPU处理的信号转换为数字信号；
数模转换芯片，连接至所述现场可编程门阵列，用于将所述数字信号转换为电流信号；
电流电压转换电路，连接至所述数模转换芯片，用于将所述电流信号转换为电压信号；
滤波电路，连接至所述电流电压转换电路，用于对所述电压信号进行滤波，所述滤波电路包括第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)和第七电容(C7)，所述第四电容(C4)、第五电容(C5)、所述第六电容(C6)和所述第七电容(C7)并联连接；
运算放大电路，连接至所述滤波电路，用于对滤波后的所述电压信号进行放大处理，所述运算放大电路包括第二放大器(A2)、稳压器(N1)和第二稳压二极管(D2)，其中，所述第二放大器(A2)的正输入端连接于所述滤波电路，所述第二放大器(A2)的负输入端连接于稳压器(N1)，所述第二稳压二极管(D2)连接接于所述第二放大器(A2)的输出端。
2.根据权利要求1所述的信号转换装置，其特征在于，所述第四电容(C4)和所述第五电容(C5)均为电解电容。
3.根据权利要求1所述的信号转换装置，其特征在于，所述第六电容(C6)和所述第七电容(C7)均为瓷片电容。
4.根据权利要求1所述的信号转换装置，其特征在于，所述第二放大器(A2)的型号为AD811。
5.根据权利要求1所述的信号转换装置，其特征在于，所述电流电压转换电路包括保险丝(F1)、第一电阻(R1)、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)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、稳压二极管(D1)和放大器(A1)，其中，
所述保险丝(F1)和所述第三电阻(R3)依次串接于所述数模转换芯片和放大器(A1)的正输入端，所述第一电容(C1)的第一端连接于所述数模转换芯片和所述保险丝(F1)连接形成的节点处，所述第一电容(C1)的第二端连接于接地端(GND)，所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)串接形成的第一端连接于所述保险丝(F1)和所述第三电阻(R3)连接形成的节点处，所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)串接形成的第二端连接于接地端(GND)，所述第二电容(C2)的第一端连接于所述保险丝(F1)和所述第三电阻(R3)连接形成的节点处，所述第二电容(C2)的第二端连接于接地端(GND)；
所述放大器(A1)的负输入端连接于所述第六电阻(R6)，所述第六电阻(R6)、所述稳压二极管(D1)和所述第三电容(C3)并接形成的第一端连接于所述第五电阻(R5)的第一端，所述第六电阻(R6)、所述稳压二极管(D1)和所述第三电容(C3)并接形成的第二端连接于接地端(GND)，所述第五电阻(R5)的第二端连接于电压输入端(Vin)，所述第七电阻(R7)的第一端连接于所述第六电阻(R6)、稳压二极管(D1)和第三电容(C3)并接形成的第二端，所述第七电阻(R7)的第二端连接于所述第四电容(C4)、第五电容(C5)、所述第六电容(C6)和所述第七电容(C7)并接形成的第一端，所述第四电阻(R4)的第一端连接于所述放大器(A1)的输出端，所述第四电阻(R4)的第二端连接于所述第四电容(C4)、第五电容(C5)、所述第六电容(C6)和所述第七电容(C7)并接形成的第二端。
6.根据权利要求5所述的信号转换装置，所述第二电阻(R2)和第六电阻(R6)为滑动变阻器。
7.根据权利要求5所述的信号转换装置，第一放大器(A1)的型号为LM224。
8.根据权利要求5所述的信号转换装置，所述保险丝(F1)为自恢复保险丝。
9.根据权利要求5所述的信号转换装置，所述第一稳压二极管(D1)和所述第二稳压二极管(D2)的型号均为MTZ2.0。
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