CN113671244A - 放大模块、检测采样装置及信号采样放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种放大模块、检测采样装置及信号采样放大方法，其中，所述放大模块，包括：传感器电路，其能够采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；阻抗电路，其与所述传感器电路连接，该阻抗电路能够对所述被检信号进行分压处理；基准电路，其与所述阻抗电路连接，该基准电路能够向所述阻抗电路提供用于垫高经过分压处理后的所述被检信号的基准电压。本发明结构设计合理巧妙，放大模块，实现了对采集信号的放大；避免了对运算放大器的依赖，相比运算放大器，大幅降低了产品成本，并保持高水平的采样精度。再者，还提供了检测采样装置和信号放大采样方法，解决了使用运算放大器成本高，不用运算放大器时精度低的问题，大幅提升市场竞争力。

Description

放大模块、检测采样装置及信号采样放大方法

技术领域

本发明涉及信号放大技术领域，具体涉及一种放大模块、检测采样装置及信号采样放大方法。

背景技术

运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈电路共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。

在信号采集领域，存在相通的问题：传感器采集到的信号比较小时(电流传感器采集到电压仅0.02V左右)，控制器的参考值为2V无法满足，并且模数转换芯片针对太小的信号无法有高的精准度；

进而，现有的信号采样方式，是利用运算放大器的特性，将测量的信号放大至模数转换芯片精度较高的电压范围和控制器所支持的电压范围内；即将小信号通过一个运算放大器进行放大，然后再送给控制器。

本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

即信号采样的方案，使用运算放大器成本高，而同时信号采样的应用范围又十分广，从而引起一系列产品的售价上涨；但倘若不使用运算放大器，又会导致信号采样的精度变低；进而，为了提升市场竞争力，急需一种替代运算放大器的放大方案及信号采样方案。

发明内容

鉴于上述使用运算放大器成本高，不用运算放大器时精度低的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的放大模块、检测采样装置及信号采样放大方法。

依据本发明的一个方面，提供一种放大模块，包括：

传感器电路，其能够采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路，其与所述传感器电路连接，该阻抗电路能够对所述被检信号进行分压处理；

基准电路，其与所述阻抗电路连接，该基准电路能够向所述阻抗电路提供用于垫高经过分压处理后的所述被检信号的基准电压。

优选的，所述阻抗电路，包括：

第一阻抗，其与所述基准电路相连；

第二阻抗，其与所述第一阻抗串联，所述第二阻抗的接地端与所述传感器电路连接；

其中，所述第二阻抗与所述第一阻抗连接的一端引出放大信号输出端，该放大信号输出端用于输出经过分压处理且被垫高的所述被检信号。

优选的，所述第一阻抗、第二阻抗均为分压电阻。

优选的，所述基准电路，包括：

第一电阻，其连接有供电电压输入端；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述基准电压输出端还与所述三端稳压器的阴极相连。

可选的，所述基准电路，包括：

第一电阻，其连接有供电电压输入端；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述基准电压输出端还与所述三端稳压器的阴极相连，所述基准电压输出端与所述三端稳压器的参考极间串联有第二电阻，所述基准电压输出端与所述三端稳压器的阳极间并联有第三电阻。

优选的，所述基准电路，包括：

稳压芯片，所述稳压芯片的电压输入引脚连接有供电电压输入端，所述稳压芯片的电压输出引脚连接有一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述稳压芯片的接地引脚接地，所述稳压芯片的接地引脚与所述基准电压输出端间还并联有第一电容。

优选的，所述传感器电路为电压传感器，其包括：

第一感应电阻，其能够与所述被测目标连接；

第二感应电阻，所述第二感应电阻一端与所述第一感应电阻连接，所述第二感应电阻的另一端接地；

其中，所述第二感应电阻与所述第一感应电阻连接的一端引出有被检信号输出端。

可选的，所述传感器电路为电流传感器，其包括；

测试负载，其能够并联在所述被测目标上；

第三感应电阻，其与所述测试负载串联，所述第三感应电阻与所述测试负载连接的一端引出有被检信号输出端，所述所述第三感应电阻的另一端接地。

依据本发明的另一个方面，提供一种检测采样装置，包括：

如上任一所述的放大模块；

控制器，其具有模数转换芯片以及控制芯片；

其中，所述模数转换芯片、控制芯片均与所述放大模块的放大信号输出端连接。

依据本发明的另一个方面，提供一种信号放大采样方法，包括：

传感器电路采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路获取所述被检信号并通过第一阻抗、第二阻抗对所述被检信号进行分压处理；

基准电路向所述阻抗电路提供基准电压，以垫高经过分压处理后的所述被检信号；

模数转换芯片获取经过分压处理且被垫高的所述被检信号，经模数转换后输出；

根据经过分压处理且被垫高的所述被检信号、基准电压的数值及第一阻抗、第二阻抗的阻值，计算出所述传感器电路采集的被测目标的电压或电流。

本发明的有益效果为：本发明结构设计合理巧妙，放大模块，通过传感器电路采集被测目标的电压或电流，获得跟随被测目标的电压或电流变化而变化的被检信号，再通过阻抗电路对被检信号进行分压处理，最后通过基准电路向阻抗电路提供基准电压，使之垫高经过分压处理后的所述被检信号，实现对采集信号的放大；避免了对运算放大器的依赖，并且由于运算放大器同样需要提供基准电压，则同样需要搭建基准电路；也就是说，本放大模块，相比运算放大器，其成本至减少到阻抗电路的成本，而阻抗电路一般由电阻组成，大幅降低了产品成本，并保持高水平的采样精度。再者，还提供了检测采样装置和信号放大采样方法，解决了使用运算放大器成本高，不用运算放大器时精度低的问题，大幅提升了市场竞争力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种检测采样装置的结构框图；

图2是本发明基准电路第一种实施例的电路原理图；

图3是本发明基准电路第二种实施例的电路原理图；

图4是本发明基准电路第三种实施例的电路原理图；

图5是本发明实施例中传感器电路为电压传感器的电路原理图；

图6是本发明实施例中传感器电路为电流传感器的电路原理图；

图7是本发明中传感器电路为电压传感器时检测采样装置的的电路原理图；

图8是本发明中传感器电路为电流传感器时检测采样装置的的电路原理图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

参见图1至图8，依据本发明的另一个方面，本发明实施例提供依据本发明的一个方面，提供一种放大模块，包括：

传感器电路1，其能够采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路2，其与所述传感器电路1连接，该阻抗电路2能够对所述被检信号进行分压处理；

基准电路3，其与所述阻抗电路2连接，该基准电路3能够向所述阻抗电路2提供用于垫高经过分压处理后的所述被检信号的基准电压Vref。

具体地，本放大模块，通过传感器电路1采集被测目标的电压或电流，获得跟随被测目标的电压或电流变化而变化的被检信号，该被检信号一般为电压信号；

再通过阻抗电路2对被检信号进行分压处理，最后通过基准电路3向阻抗电路2提供基准电压Vref，使之垫高经过分压处理后的所述被检信号，实现对采集信号的放大；避免了对运算放大器的依赖，并且由于运算放大器同样需要提供基准电压Vref，则同样需要搭建基准电路3；也就是说，本放大模块，相比运算放大器，其成本至减少到阻抗电路2的成本，而阻抗电路2一般由电阻组成，大幅降低了产品成本，并保持高水平的采样精度。

优选的，所述阻抗电路2，包括：

第一阻抗R4，其与所述基准电路3相连；

第二阻抗R5，其与所述第一阻抗R4串联，所述第二阻抗R5的接地端与所述传感器电路1连接；

其中，所述第二阻抗R5与所述第一阻抗R4连接的一端引出放大信号输出端，该放大信号输出端用于输出经过分压处理且被垫高的所述被检信号。

具体地，第一阻抗R4、第二阻抗R5串联分压，实现阻抗电路2的分压功能；在所述阻抗电路2供给有基准电压Vref时，通过第二阻抗R5把地接到传感器上，通过被检信号的信号变化，从而将小的被检信号垫高，实现信号的放大。

进一步地，所述阻抗电路2至少包括串联的两个阻抗；倘若只采用一个，则传感器电路1或者基准电路3相当于直接接入模数转换芯片，无法实现对被检信号的放大功能。

进而，第一阻抗R4、第二阻抗R5的设置，是不影响本放大模块性能的前提下，成本最低的方案。

优选的，所述第一阻抗R4、第二阻抗R5均为分压电阻。

优选的，所述基准电路3，包括：

第一电阻R3，其连接有供电电压输入端；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压Vref输出端，该基准电压Vref输出端与所述阻抗电路2连接；

其中，所述基准电压Vref输出端还与所述三端稳压器的阴极相连。

具体地，所述三端稳压器为TL431，通过对第一电阻R3的阻值设置，使得本基准电路3输出的基准电压Vref为2.5V。基准电路3的设置，是为了提供稳定的基准电压Vref输出。

可选的，所述基准电路3，包括：

第一电阻R3，其连接有供电电压输入端Vcc；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻R3连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压Vref输出端，该基准电压Vref输出端与所述阻抗电路2连接；

其中，所述基准电压Vref输出端还与所述三端稳压器的阴极相连，所述基准电压Vref输出端与所述三端稳压器的参考极间串联有第二电阻R7，所述基准电压Vref输出端与所述三端稳压器的阳极间并联有第三电阻R76。

具体地，本基准电路3输出的基准电压Vref为：

优选的，所述基准电路3，包括：

稳压芯片IC1，所述稳压芯片IC1的电压输入引脚连接有供电电压输入端Vcc，所述稳压芯片IC1的电压输出引脚连接有一基准电压Vref输出端，该基准电压Vref输出端与所述阻抗电路2连接；

其中，所述稳压芯片IC1的接地引脚接地，所述稳压芯片IC1的接地引脚与所述基准电压Vref输出端间还并联有第一电容C1。

具体地，所述稳压芯片IC1包括7805三端稳压集成电路，所述基准电压Vref输出端输出的基准电压Vref由向该稳压芯片IC1的电压输入引脚提供供电电压的Lod电源芯片决定。所述第一电容C1也起到稳压的作用。

优选的，所述传感器电路1为电压传感器，其包括：

第一感应电阻R1，其能够与所述被测目标连接；

第二感应电阻R2，所述第二感应电阻R2一端与所述第一感应电阻R1连接，所述第二感应电阻R2的另一端接地；

其中，所述第二感应电阻R2与所述第一感应电阻R1连接的一端引出有被检信号输出端。

具体地，第一感应电阻R1，其能够与所述被测目标的主电路4连接，通过第一感应电阻R1、第二感应电阻R2采集被测目标的主电路4的电压；被检信号输出端与所述阻抗电路2连接。通过第一感应电阻R1的设置，有效避免与所述被检信号输出端连接的电路对被测目标的不良影响。

可选的，所述传感器电路1为电流传感器，其包括；

测试负载5，其能够并联在所述被测目标上；

第三感应电阻Rsense，其与所述测试负载5串联，所述第三感应电阻Rsense与所述测试负载5连接的一端引出有被检信号输出端，所述所述第三感应电阻Rsense的另一端接地。

具体地，所述被检信号输出端输出的被检信号＝第三感应电阻Rsense的阻值×测试负载5的输出电流。

依据本发明的另一个方面，提供一种检测采样装置，包括：

如上任一所述的放大模块；

控制器6，其具有模数转换芯片ADC以及控制芯片Fb；

其中，所述模数转换芯片ADC、控制芯片Fb均与所述放大模块的放大信号输出端连接。

具体地，所述模数转换芯片ADC，用于控制模数转换芯片ADC与放大信号输出端的连接与否。得到模数转换芯片ADC转换后的数值，通过计算，得出被测目标的电压或电流。实现了对被测目标的检测采样。

依据本发明的另一个方面，提供一种信号放大采样方法，包括：

传感器电路1采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路2获取所述被检信号并通过第一阻抗R4、第二阻抗R5对所述被检信号进行分压处理；

基准电路3向所述阻抗电路2提供基准电压Vref，以垫高经过分压处理后的所述被检信号；

模数转换芯片ADC获取经过分压处理且被垫高的所述被检信号，经模数转换后输出；

根据经过分压处理且被垫高的所述被检信号、基准电压Vref的数值及第一阻抗R4、第二阻抗R5的阻值，计算出所述传感器电路1采集的被测目标的电压或电流。

具体地，被检信号是跟随被测目标的电压或电流变化而变化的电压；当所述传感器电路1为电压传感器时，所述被检信号是第二感应电阻R2上所分压的电压；当所述传感器电路1为电流传感器时，所述被检信号是第三感应电阻Rsense上的电压；

进一步地，基准电路3向所述阻抗电路2提供基准电压Vref时，还包括：

基准电压Vref经第一阻抗R4、第二阻抗R5分压后，第二阻抗R5上的分压电压垫高经过分压处理后的所述被检信号，从而放大所述被检信号；

进一步地，根据经过分压处理且被垫高的所述被检信号、基准电压Vref的数值及第一阻抗R4、第二阻抗R5的阻值，计算出所述传感器电路1采集的被测目标的电压或电流，其具体过程是：

当所述传感器电路1为电压传感器时，假设基准电路3输出的基准电压Vref为Vref，传感器电路1采集被测目标的电压，即Vout的电压，Vfb为经过分压处理且被垫高的所述被检信号，Vfb和Vout的关系为：

其中，Vout发生变化时，Vfb电压会跟着变化，根据上述关系计算出所述传感器电路1采集的被测目标的电压。

当所述传感器电路1为电流传感器时，Rsense第三感应电阻Rsense的电阻，假设基准电路3输出的基准电压Vref为Vref，传感器电路1采集被测目标的电流Iout，Vfb为经过分压处理且被垫高的所述被检信号，Vfb和Iout的关系为：

其中，Iout发生变化时，Vfb电压会跟着变化，根据上述关系计算出所述传感器电路1采集的被测目标的电流。

以测量被测目标的电压为例，在使用时，将传感器电路1接入被测目标的主电路4；传感器电路1采集被测目标的电压并获得被检信号，该被检信号从被检信号输出端输出；

阻抗电路2获取所述被检信号并通过第一阻抗R4、第二阻抗R5对所述被检信号进行分压处理；

基准电路3向所述阻抗电路2提供基准电压Vref，基准电压Vref经第一阻抗R4、第二阻抗R5分压后，第二阻抗R5上的分压电压垫高经过分压处理后的所述被检信号，从而放大所述被检信号；

模数转换芯片ADC获取经过分压处理且被垫高的所述被检信号，经模数转换后输出；

根据经过分压处理且被垫高的所述被检信号、基准电压Vref的数值及第一阻抗R4、第二阻抗R5的阻值，根据公式

计算出所述传感器电路1采集的被测目标的电压。

本发明结构设计合理巧妙，放大模块，通过传感器电路1采集被测目标的电压或电流，获得跟随被测目标的电压或电流变化而变化的被检信号，再通过阻抗电路2对被检信号进行分压处理，最后通过基准电路3向阻抗电路2提供基准电压Vref，使之垫高经过分压处理后的所述被检信号，实现对采集信号的放大；避免了对运算放大器的依赖，并且由于运算放大器同样需要提供基准电压Vref，则同样需要搭建基准电路3；也就是说，本放大模块，相比运算放大器，其成本至减少到阻抗电路2的成本，而阻抗电路2一般由电阻组成，大幅降低了产品成本，并保持高水平的采样精度。再者，还提供了检测采样装置和信号放大采样方法，解决了使用运算放大器成本高，不用运算放大器时精度低的问题，大幅提升了市场竞争力。

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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、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。另外，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，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种放大模块，其特征在于，包括：

传感器电路，其能够采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路，其与所述传感器电路连接，该阻抗电路能够对所述被检信号进行分压处理；

基准电路，其与所述阻抗电路连接，该基准电路能够向所述阻抗电路提供用于垫高经过分压处理后的所述被检信号的基准电压。

2.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述阻抗电路，包括：

第一阻抗，其与所述基准电路相连；

第二阻抗，其与所述第一阻抗串联，所述第二阻抗的接地端与所述传感器电路连接；

其中，所述第二阻抗与所述第一阻抗连接的一端引出放大信号输出端，该放大信号输出端用于输出经过分压处理且被垫高的所述被检信号。

3.根据权利要求2所述放大模块，其特征在于，所述第一阻抗、第二阻抗均为分压电阻。

4.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述基准电路，包括：

第一电阻，其连接有供电电压输入端；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述基准电压输出端还与所述三端稳压器的阴极相连。

5.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述基准电路，包括：

第一电阻，其连接有供电电压输入端；

三端稳压器，其阴极与所述第一电阻连接，其阳极接地，其参考极引出一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述基准电压输出端还与所述三端稳压器的阴极相连，所述基准电压输出端与所述三端稳压器的参考极间串联有第二电阻，所述基准电压输出端与所述三端稳压器的阳极间并联有第三电阻。

6.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述基准电路，包括：

稳压芯片，所述稳压芯片的电压输入引脚连接有供电电压输入端，所述稳压芯片的电压输出引脚连接有一基准电压输出端，该基准电压输出端与所述阻抗电路连接；

其中，所述稳压芯片的接地引脚接地，所述稳压芯片的接地引脚与所述基准电压输出端间还并联有第一电容。

7.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述传感器电路为电压传感器，其包括：

第一感应电阻，其能够与所述被测目标连接；

第二感应电阻，所述第二感应电阻一端与所述第一感应电阻连接，所述第二感应电阻的另一端接地；

其中，所述第二感应电阻与所述第一感应电阻连接的一端引出有被检信号输出端。

8.根据权利要求1所述放大模块，其特征在于，所述传感器电路为电流传感器，其包括；

测试负载，其能够并联在所述被测目标上；

第三感应电阻，其与所述测试负载串联，所述第三感应电阻与所述测试负载连接的一端引出有被检信号输出端，所述所述第三感应电阻的另一端接地。

9.一种检测采样装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一所述的放大模块；

控制器，其具有模数转换芯片以及控制芯片；

其中，所述模数转换芯片、控制芯片均与所述放大模块的放大信号输出端连接。

10.一种信号放大采样方法，其特征在于，包括：

传感器电路采集被测目标的电压或电流并获得被检信号；

阻抗电路获取所述被检信号并通过第一阻抗、第二阻抗对所述被检信号进行分压处理；

基准电路向所述阻抗电路提供基准电压，以垫高经过分压处理后的所述被检信号；

模数转换芯片获取经过分压处理且被垫高的所述被检信号，经模数转换后输出；

根据经过分压处理且被垫高的所述被检信号、基准电压的数值及第一阻抗、第二阻抗的阻值，计算出所述传感器电路采集的被测目标的电压或电流。

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