CN115529041A - 段式可选配的信号调理电路及测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种段式可选配的信号调理电路及测量装置，所述电路通过各电压门槛子电路输出相应的电压门槛信号，各电压门槛信号预设有大小不同的门槛值；各分段电压调理子电路根据对应的导通信号，对输入电压信号进行调理，得到输出电压信号；选择电路接收输入电压信号和各电压门槛信号，并对输入电压信号的电压值和各电压门槛信号的门槛值进行比较，根据比较结果，输出相应的导通信号，实现多段式可选配的电压信号调理。本申请通过对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性，从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

Description

段式可选配的信号调理电路及测量装置

技术领域

本申请涉及信号调理技术领域，特别是涉及一种段式可选配的信号调理电路及测量装置。

背景技术

信号调理电路是把模拟信号变换为能够用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出等的数字信号的电路。对电压信号的采样调理是信号调理电路中的主要组成部分。

在实际的电压采样过程中，由于输入电压范围非常宽。当输入电压偏大时，将超过采样电路量程；当输入电压偏小，将导致采样精度不足或者采样不到。通常采用同一放大倍数对输入电压进行放大采样，采样精度低且采样通用性。若采用微控制器控制分段采样，则电路较为复杂，成本高。

发明内容

基于此，有必要针对上述现有的电压采样调理方式中存在的问题，提供一种能够增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性，拓宽电压采样电路适用场景的段式可选配的信号调理电路及测量装置。

第一方面，本申请提供一种段式可选配的信号调理电路，包括：

分段电压门槛电路，分段电压门槛电路包括至少两个电压门槛子电路；各电压门槛子电路被配置为输出相应的电压门槛信号，各电压门槛信号预设有大小不同的门槛值；

分段电压调理电路，分段电压调理电路包括多个分段电压调理子电路；各分段电压调理子电路被配置为根据对应的导通信号，对输入电压信号进行调理，得到输出电压信号；

选择电路，选择电路分别连接分段电压门槛电路、分段电压调理电路；选择电路被配置为接收输入电压信号和各电压门槛信号，并对输入电压信号的电压值和各电压门槛信号的门槛值进行比较，根据比较结果，输出相应的导通信号。

可选的，分段电压门槛电路至少包括第一分段电压门槛子电路和第二分段电压门槛子电路；第一分段电压门槛子电路被配置输出第一电压门槛信号；第二分段电压门槛子电路被配置为输出第二电压门槛信号；第一电压门槛信号的门槛值小于第二电压门槛信号的门槛值；

分段电压调理电路至少包括第一分段电压调理子电路、第二分段电压调理子电路和第三分段电压调理子电路；第一分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第一导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第一输出电压信号；第二分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第二导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第二输出电压信号；第三分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第三导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第三输出电压信号；

选择电路被配置为接收输入电压信号、第一电压门槛信号和第二电压门槛信号；选择电路还被配置为在输入电压信号的电压值小于第一电压门槛信号的门槛值时，输出第一导通信号，在输入电压信号的电压值大于第一电压门槛信号的门槛值、且小于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第二导通信号，在输入电压信号的电压值大于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第三导通信号。

可选的，选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一开关管和第二开关管；

第一比较器的第一输入端用于接收输入电压信号，第一比较器的第二输入端连接第一分段电压门槛子电路的输出端，第一比较器的输出端连接第一分段电压调理子电路；第一分段电压门槛子电路的电源端用于连接直流供电电源；

第二比较器的第一输入端连接第一分段电压门槛子电路的输出端，第二比较器的第二输入端用于接收输入电压信号，第二比较器的输出端连接分别连接第一开关管的栅极、第二开关管的栅极；

第三比较器的第一输入端连接第二分段电压门槛子电路的输出端，第三比较器的第二输入端连接第一开关管的源极，第三比较器的输出端连接第三分段电压调理子电路；

第四比较器的第一输入端连接第一开关管的源极，第四比较器的第二输入端连接第二分段电压门槛子电路的输出端，第四比较器的输出端连接第二分段电压调理子电路；

第一开关管的漏极用于接入输入电压信号；第二开关管的漏极连接直流供电电源，第二开关管的源极连接第二分段电压门槛子电路的电源端。

可选的，第一分段电压门槛子电路包括第一电阻和第二电阻；

第一电阻的第一端连接直流供电电源，第一电阻的第二端连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接地线，第一比较器的第二输入端、第二比较器的第一输入端分别连接在第一电阻的第二端与第二电阻的第一端之间。

可选的，第二分段电压门槛子电路包括第三电阻和第四电阻；

第三电阻的第一端连接第二开关管的源极，第三电阻的第二端连接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端连接地线，第三比较器的第一输入端、第四比较器的第二输入端分别连接在第三电阻的第二端与第四电阻的第一端之间。

可选的，第一分段电压调理子电路包括第三开关管和第一比例运算放大子电路；

第三开关管的栅极连接第一比较器的输出端，第三开关管的漏极用于接入输入电压信号；第三开关管的源极连接第一比例运算放大子电路的同相输入端，第一比例运算放大子电路的输出端被配置为输出第一比例放大电压信号。

可选的，第二分段电压调理子电路包括第四开关管、第二比例运算放大子电路、第一差分放大子电路和第一连续输出调节电路；

第四开关管的栅极连接第四比较器的输出端，第四开关管的漏极用于接入输入电压信号；第四开关管的源极连接第二比例运算放大子电路的同相输入端，第二比例运算放大子电路的输出端被配置为向第一差分放大子电路的同相输入端传输第二比例放大电压信号，第一差分放大子电路的反相输入端连接第一连续输出调节电路；第一差分放大子电路的输出端被配置为输出调节后的第二比例放大电压信号。

可选的，第三分段电压调理子电路包括第五开关管、第三比例运算放大子电路、第二差分放大子电路和第二连续输出调节电路；

第五开关管的栅极连接第三比较器的输出端，第五开关管的漏极用于接入输入电压信号；第五开关管的源极连接第三比例运算放大子电路的同相输入端，第三比例运算放大子电路的输出端被配置为向第二差分放大子电路的同相输入端传输第三比例放大电压信号，第二差分放大子电路的反相输入端连接第二连续输出调节电路；第二差分放大子电路的输出端被配置为输出调节后的第三比例放大电压信号。

可选的，第一分段电压调理子电路还包括第一电压跟随子电路；第二分段电压调理子电路还包括第二电压跟随子电路；第三分段电压调理子电路还包括第三电压跟随子电路；

第一电压跟随子电路的同相输入端连接第一比例运算放大子电路的输出端；第二电压跟随子电路的同相输入端连接第一差分放大子电路的输出端；第三电压跟随子电路的同相输入端连接第二差分放大子电路的输出端。

可选的，第一连续输出调节电路包括第五电阻和第六电阻；第二连续输出调节电路包括第七电阻和第八电阻；

第五电阻的第一端连接直流供电电源，第五电阻的第二端连接第六电阻的第一端，第六电阻的第二端连接地线，第一差分放大子电路的反相输入端连接在第五电阻的第二端与第六电阻的第一端之间；

第七电阻的第一端连接直流供电电源，第七电阻的第二端连接第八电阻的第一端，第八电阻的第二端连接地线，第二差分放大子电路的反相输入端连接在第七电阻的第二端与第八电阻的第一端之间。

第二方面，本申请提供一种信号测量装置，信号测量装置包括如上述任意一项的段式可选配的信号调理电路。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述的段式可选配的信号调理电路中，所述电路包括分段电压门槛电路、分段电压调理电路和选择电路，分段电压门槛电路包括至少两个电压门槛子电路；各电压门槛子电路被配置为输出相应的电压门槛信号，各电压门槛信号预设有大小不同的门槛值；分段电压调理电路包括多个分段电压调理子电路；各分段电压调理子电路被配置为根据对应的导通信号，对输入电压信号进行调理，得到输出电压信号；选择电路分别连接分段电压门槛电路、分段电压调理电路；选择电路被配置为接收输入电压信号和各电压门槛信号，并对输入电压信号的电压值和各电压门槛信号的门槛值进行比较，根据比较结果，输出相应的导通信号，实现多段式可选配的电压信号调理。本申请通过对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性，从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

附图说明

图1为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第一电路结构示意图。

图2为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第二电路结构示意图。

图3为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第三电路结构示意图。

图4为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第四电路结构示意图。

图5为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第五电路结构示意图。

图6为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第六电路结构示意图。

图7为本申请实施例中段式可选配的信号调理电路的第七电路结构示意图。

附图标记：

分段电压门槛电路100；第一分段电压门槛子电路110；第二分段电压门槛子电路120；分段电压调理电路200；第一分段电压调理子电路210；第一比例运算放大子电路212；第一电压跟随子电路214；第二分段电压调理子电路220；第二比例运算放大子电路222；第一差分放大子电路224；第一连续输出调节电路226；第二电压跟随子电路228；第三分段电压调理子电路230；第三比例运算放大子电路232；第二差分放大子电路234；第二连续输出调节电路236；第三电压跟随子电路238；选择电路300；第一比较器B1；第二比较器B2；第三比较器B3；第四比较器B4；第一开关管Q1；第二开关管Q2；第三开关管Q3；第四开关管Q4；第五开关管Q5；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；第八电阻R8；第九电阻R9；第十电阻R10；第十一电阻R11；第十二电阻R12；第十三电阻R13；第十四电阻R14；第十五电阻R15；第十六电阻R16；第十七电阻R17；第十八电阻R18；第十九电阻R19；第二十电阻R20；第二十一电阻R21；第二十二电阻R22。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

为了解决现有的电压采样调理方式中存在的上述问题。在一个实施例中，如图1所示，提供了一种段式可选配的信号调理电路，该段式可选配的信号调理电路包括分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200和选择电路300。

分段电压门槛电路100包括至少两个电压门槛子电路；各电压门槛子电路被配置为输出相应的电压门槛信号，各电压门槛信号预设有大小不同的门槛值；分段电压调理电路200包括多个分段电压调理子电路；各分段电压调理子电路被配置为根据对应的导通信号，对输入电压信号进行调理，得到输出电压信号；选择电路300分别连接分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200；选择电路300被配置为接收输入电压信号和各电压门槛信号，并对输入电压信号的电压值和各电压门槛信号的门槛值进行比较，根据比较结果，输出相应的导通信号。

其中，分段电压门槛电路100可包括至少2个相应的电压门槛子电路。各个电压门槛子电路分别连接选择电路，可通过对各个电压门槛子电路配置相应的电阻值，进而使得各个电压门槛子电路向选择电路输出相应门槛值大小的电压门槛信号；其中，各个电压门槛子电路输出的电压门槛信号预设有大小不同的门槛值，电压门槛信号的门槛值指的是相应的电压门槛值。

分段电压调理电路200可包括至少3个相应的分段电压调理子电路。各个分段电压调理子电路分别连接选择电路，分段电压调理子电路可接收选择电路传输的导通信号，进而根据相应的导通信号，对输入电压信号进行调理，从而得到输出电压信号。

选择电路300可设置输入接口，输入接口用来接收输入电压信号。基于选择电路300分别连接各电压门槛子电路，进而选择电路300可接收输入电压信号和各电压门槛信号，并将输入电压信号分别与各电压门槛信号进行比较处理，并根据比较的结果，输出相应的导通信号。基于设定的分段电压范围的信号调理通道，实现对输入电压信号的多段式可选配的电压信号调理。

上述实施例中，通过设置分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200和选择电路300，对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性。从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种段式可选配的信号调理电路，该段式可选配的信号调理电路包括分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200和选择电路300。分段电压门槛电路100至少包括第一分段电压门槛子电路110和第二分段电压门槛子电路120；分段电压调理电路200至少包括第一分段电压调理子电路210、第二分段电压调理子电路220和第三分段电压调理子电路230。

第一分段电压门槛子电路110被配置输出第一电压门槛信号；第二分段电压门槛子电路120被配置为输出第二电压门槛信号；第一电压门槛信号的门槛值小于第二电压门槛信号的门槛值；第一分段电压调理子电路210被配置为根据接收到的第一导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第一输出电压信号；第二分段电压调理子电路220被配置为根据接收到的第二导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第二输出电压信号；第三分段电压调理子电路230被配置为根据接收到的第三导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第三输出电压信号；选择电路300被配置为接收输入电压信号、第一电压门槛信号和第二电压门槛信号；选择电路300还被配置为在输入电压信号的电压值小于第一电压门槛信号的门槛值时，输出第一导通信号，在输入电压信号的电压值大于第一电压门槛信号的门槛值、且小于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第二导通信号，在输入电压信号的电压值大于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第三导通信号。

其中，分段电压门槛电路100可包括至少2个相应的子电路。例如，分段电压门槛电路100可包括第一分段电压门槛子电路110、第N分段电压门槛子电路；N为大于或等于2的正整数。示例性的，本申请以分为三段电压范围进行电压信号调理为例进行说明，即分段电压门槛电路100包括第一分段电压门槛子电路110和第二分段电压门槛子电路120为例进行说明，对于四段电压范围进行电压信号调理，则分段电压门槛电路100包括3个相应的子电路；对于五段电压范围进行电压信号调理，则分段电压门槛电路100包括4个相应的子电路，以此类推，对于四段、五段等更多段电压范围的电压信号调理可参照三段电压范围的电压信号调理过程，在此不再赘述。

第一分段电压门槛子电路110连接选择电路300，可通过对第一分段电压门槛子电路110配置电阻值，进而使得第一分段电压门槛子电路110可向选择电路300输出第一电压门槛信号。第二分段电压门槛子电路120连接选择电路300，可通过对第二分段电压门槛子电路120配置电阻值，进而使得第二分段电压门槛子电路120可向选择电路300输出第二电压门槛信号。其中，第一电压门槛信号的门槛值小于第二电压门槛信号的门槛值；第一电压门槛信号的门槛值和第二电压门槛信号的门槛值分别指的是相应的电压门槛值。

分段电压调理电路200可包括至少3个相应的子电路。例如，分段电压调理电路200可包括第一分段电压调理子电路210、第二分段电压调理子电路220、第M分段电压调理子电路；N为大于或等于3的正整数。示例性的，本申请以分为三段电压范围进行电压信号调理为例进行说明，即分段电压调理电路200包括第一分段电压调理子电路210、第二分段电压调理子电路220和第三分段电压调理子电路230为例进行说明，对于四段电压范围进行电压信号调理，则分段电压调理电路200包括4个相应的子电路；对于五段电压范围进行电压信号调理，则分段电压调理电路200包括5个相应的子电路，以此类推，对于四段、五段等更多段电压范围的电压信号调理可参照三段电压范围的电压信号调理过程，在此不再赘述。

选择电路300可设置输入接口，输入接口用来接收输入电压信号。基于选择电路300分别连接第一分段电压门槛子电路110、第二分段电压门槛子电路120，进而选择电路300可接收输入电压信号、第一电压门槛信号和第二电压门槛信号，并将输入电压信号分别与第一电压门槛信号、第二电压门槛信号进行比较处理，并根据比较的结果，在输入电压信号的电压值小于第一电压门槛信号的门槛值时，向第一分段电压调理子电路210输出第一导通信号，使得第一分段电压调理子电路210根据接收到的第一导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第一输出电压信号。选择电路300在输入电压信号的电压值大于第一电压门槛信号的门槛值、且小于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第二导通信号，使得第二分段电压调理子电路220根据接收到的第二导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第二输出电压信号。选择电路300在输入电压信号的电压值大于第二电压门槛信号的门槛值时，输出第三导通信号，使得第三分段电压调理子电路230根据接收到的第三导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第三输出电压信号，基于设定的分段电压范围的信号调理通道，实现对输入电压信号的多段式可选配的电压信号调理。

上述实施例中，通过设置分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200和选择电路300，对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性。从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

在一个示例中，如图3所示，选择电路300包括第一比较器B1、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4、第一开关管Q1和第二开关管Q2。

第一比较器B1的第一输入端用于接收输入电压信号，第一比较器B1的第二输入端连接第一分段电压门槛子电路110的输出端，第一比较器B1的输出端连接第一分段电压调理子电路210；第一分段电压门槛子电路110的电源端用于连接直流供电电源VCC。第二比较器B2的第一输入端连接第一分段电压门槛子电路110的输出端，第二比较器B2的第二输入端用于接收输入电压信号，第二比较器B2的输出端连接分别连接第一开关管Q1的栅极、第二开关管Q2的栅极。第三比较器B3的第一输入端连接第二分段电压门槛子电路120的输出端，第三比较器B3的第二输入端连接第一开关管Q1的源极，第三比较器B3的输出端连接第三分段电压调理子电路230。第四比较器B4的第一输入端连接第一开关管Q1的源极，第四比较器B4的第二输入端连接第二分段电压门槛子电路120的输出端，第四比较器B4的输出端连接第二分段电压调理子电路220。第一开关管Q1的漏极用于接入输入电压信号；第二开关管Q2的漏极连接直流供电电源VCC，第二开关管Q2的源极连接第二分段电压门槛子电路120的电源端。

其中，第一比较器B1、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4均可以采用运算比较器。第一开关管Q1和第二开关管Q2均可以是MOS管，例如第一开关管Q1和第二开关管Q2可以是N型MOS管。

示例性的，第一比较器B1、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4采用运算比较器。第一开关管Q1和第二开关管Q2采用N型MOS管为例进行说明。第一比较器B1的第一输入端指的是第一比较器B1的反相输入端，第一比较器B1的第二输入端指的是第一比较器B1的同相输入端。第二比较器B2的第一输入端指的是第二比较器B2的反相输入端，第二比较器B2的第二输入端指的是第二比较器B2的同相输入端。第三比较器B3的第一输入端指的是第三比较器B3的反相输入端，第三比较器B3的第二输入端指的是第三比较器B3的同相输入端。第四比较器B4的第一输入端指的是第四比较器B4的反相输入端，第四比较器B4的第二输入端指的是第四比较器B4的同相输入端。

基于第一分段电压门槛子电路110的电源端连接直流供电电源VCC，第一分段电压门槛子电路110可对直流供电电源VCC进行分压，进而输出第一电压门槛信号。基于第一比较器B1的第一输入端接收输入电压信号，第一比较器B1的第二输入端接收第一电压门槛信号，第一比较器B1对输入电压信号和第一电压门槛信号进行电压幅值比较，在输入电压信号的电压幅值大于第一电压门槛信号的电压幅值时，第一分段电压调理子电路210保持断开状态；在输入电压信号的电压幅值小于第一电压门槛信号的电压幅值时，向第一分段电压调理子电路210传输第一导通信号，进而第一分段电压调理子电路210根据接收到的第一导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第一输出电压信号。示例性的，第一导通信号可以是高电平信号。例如，第一比较器B1在输入电压信号的电压幅值大于第一电压门槛信号的电压幅值时，向第一分段电压调理子电路210传输低电平信号，进而第一分段电压调理子电路210保持断开状态；在输入电压信号的电压幅值小于第一电压门槛信号的电压幅值时，向第一分段电压调理子电路210传输高电平信号，进而第一分段电压调理子电路210导通工作。

基于第二比较器B2的第一输入端接收第一电压门槛信号，第二比较器B2的第二输入端接收输入电压信号，第二比较器B2对输入电压信号和第一电压门槛信号进行电压幅值比较，在输入电压信号的电压幅值小于第一电压门槛信号的电压幅值时，第一开关管Q1和第二开关管Q2均断开，进而第二分段电压调理子电路220和第三分段电压调理子电路230保持断开状态。第二比较器B2在输入电压信号的电压幅值大于第一电压门槛信号的电压幅值时，控制第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通。例如，第二比较器B2在输入电压信号的电压幅值小于第一电压门槛信号的电压幅值时，向第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极传输低电平信号，进而第一开关管Q1和第二开关管Q2保持断开状态；在输入电压信号的电压幅值大于第一电压门槛信号的电压幅值时，向第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极传输高电平信号，进而第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通工作。

基于第二开关管Q2的漏极连接直流供电电源VCC，第二开关管Q2的源极连接第二分段电压门槛子电路120的电源端，在第二开关管Q2导通时，则第二分段电压门槛子电路120导通，进而第二分段电压门槛子电路120分别向第三比较器B3的第一输入端、第四比较器B4的第二输入端传输第二电压门槛信号。基于第一开关管Q1的漏极用于接入输入电压信号，在第二开关管Q2导通时，第一开关管Q1也处于导通状态，则第三比较器B3的第一输入端接收第二电压门槛信号，第三比较器B3的第二输入端接收输入电压信号，则第三比较器B3对输入电压信号和第二电压门槛信号进行电压幅值比较，在输入电压信号的电压幅值小于第二电压门槛信号的电压幅值时，第三分段电压调理子电路230保持断开状态；在输入电压信号的电压幅值大于第二电压门槛信号的电压幅值时，向第三分段电压调理子电路230传输第三导通信号，进而第三分段电压调理子电路230根据接收到的第三导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第三输出电压信号。

基于第一开关管Q1的漏极用于接入输入电压信号，在第二开关管Q2导通时，第一开关管Q1也处于导通状态，则第四比较器B4的第二输入端接收第二电压门槛信号，第四比较器B4的第一输入端接收输入电压信号，则第四比较器B4对输入电压信号和第二电压门槛信号进行电压幅值比较，在输入电压信号的电压幅值大于第二电压门槛信号的电压幅值时，第二分段电压调理子电路220保持断开状态；在输入电压信号的电压幅值小于第二电压门槛信号的电压幅值时，向第二分段电压调理子电路220传输第二导通信号，进而第二分段电压调理子电路220根据接收到的第二导通信号，对输入电压信号进行调理，输出第二输出电压信号。

上述实施例中，通过设置分段电压门槛电路100、分段电压调理电路200和选择电路300，选择电路300包括第一比较器B1、第二比较器B2、第三比较器B3、第四比较器B4、第一开关管Q1和第二开关管Q2，通过划分多个输入电压范围，对输入电压信号进行比较处理，在输入电压信号的电压幅值落入相应输入电压范围时，则导通相应的电压调理子电路(第一电压调理子电路、第二电压调理子电路和第三电压调理子电路)，实现多段式可选配的电压信号调理。本申请通过对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性。从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

在一个示例中，如图4所示，第一分段电压门槛子电路110包括第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的第一端连接直流供电电源VCC，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接地线，第一比较器B1的第二输入端、第二比较器B2的第一输入端分别连接在第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端之间。

其中，基于第一电阻R1和第二电阻R2的上述连接关系，假设第一电阻R1的阻值为r1，第二电阻R2的阻值为r2，直流供电电源VCC的电压值为vcc，则第一分段电压门槛子电路110的第一电压门槛信号的电压门槛值为：

示例性的，第一电阻R1和第二电阻R2可以是可调电阻。

在一个示例中，如图4所示，第二分段电压门槛子电路120包括第三电阻R3和第四电阻R4。第三电阻R3的第一端连接第二开关管Q2的源极，第三电阻R3的第二端连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接地线，第三比较器B3的第一输入端、第四比较器B4的第二输入端分别连接在第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端之间。

其中，基于第三电阻R3和第四电阻R4的上述连接关系，假设第三电阻R3的阻值为r3，第四电阻R4的阻值为r4，直流供电电源VCC的电压值为vcc，则第二分段电压门槛子电路120的第二电压门槛信号的电压门槛值为：

示例性的，第三电阻R3和第四电阻R4可以是可调电阻。

基于对第一分段电压门槛子电路110和第二分段电压门槛子电路120的电压门槛值设置，进而可将输入电压(VIN)的检测范围划分为如下三段：第一段为VIN＜VTH1；第二段为VTH1＜VIN＜VTH2；第三段为VIN＞VTH2。

在一个示例中，如图5所示，第一分段电压调理子电路210包括第三开关管Q3和第一比例运算放大子电路212。第三开关管Q3的栅极连接第一比较器B1的输出端，第三开关管Q3的漏极用于接入输入电压信号；第三开关管Q3的源极连接第一比例运算放大子电路212的同相输入端，第一比例运算放大子电路212的输出端被配置为输出第一比例放大电压信号。

其中，第一比例运算放大子电路212用于对输入电压信号进行第一预设比例的放大处理。

在输入电压信号的电压幅值VIN小于第一电压门槛信号的电压门槛值VTH1时，第一比较器B1输出高电平信号(即第一导通信号)，第三开关管Q3的栅极接收到第一导通信号，则第三开关管Q3导通；基于第三开关管Q3的漏极用于接入输入电压信号；第三开关管Q3的源极连接第一比例运算放大子电路212的同相输入端，进而第一比例运算放大子电路212的同相输入端接收输入电压信号，通过第一比例运算放大子电路212的第一预设比例放大处理，进而输出第一比例放大电压信号。

在一个示例中，如图5所示，第二分段电压调理子电路220包括第四开关管Q4、第二比例运算放大子电路222、第一差分放大子电路224和第一连续输出调节电路226。第四开关管Q4的栅极连接第四比较器B4的输出端，第四开关管Q4的漏极用于接入输入电压信号；第四开关管Q4的源极连接第二比例运算放大子电路222的同相输入端，第二比例运算放大子电路222的输出端被配置为向第一差分放大子电路224的同相输入端传输第二比例放大电压信号，第一差分放大子电路224的反相输入端连接第一连续输出调节电路226；第一差分放大子电路224的输出端被配置为输出调节后的第二比例放大电压信号。

其中，第二比例运算放大子电路222用于对输入电压信号进行第二预设比例的放大处理。第一差分放大子电路224具有电路对称性的特点，可以起到稳定工作点的作用。第一连续输出调节电路226用来调节输出电压，使得输出电压具有连续性。例如，第一连续输出调节电路226用来输出第一连续输出调节信号。

在输入电压信号的电压幅值VIN大于第一电压门槛信号的电压门槛值VTH1，且小于第二电压门槛信号的电压门槛值VTH2时，第四比较器B4输出高电平信号(即第二导通信号)，第四开关管Q4的栅极接收到第二导通信号，则第四开关管Q4导通；基于第四开关管Q4的漏极用于接入输入电压信号；第四开关管Q4的源极连接第二比例运算放大子电路222的同相输入端，进而第二比例运算放大子电路222的同相输入端接收输入电压信号，通过第二比例运算放大子电路222的第二预设比例放大处理，进而向第一差分放大子电路224的同相输入端传输第二比例放大电压信号。基于第一差分放大子电路224的反相输入端连接第一连续输出调节电路226，进而第一差分放大子电路224的反相输入端接入第一连续输出调节信号，通过第一差分放大子电路224的差分放大处理，进而第一差分放大子电路224的输出端输出调节后的第二比例放大电压信号。

在一个示例中，如图5所示，第三分段电压调理子电路230包括第五开关管Q5、第三比例运算放大子电路232、第二差分放大子电路234和第二连续输出调节电路236。第五开关管Q5的栅极连接第三比较器B3的输出端，第五开关管Q5的漏极用于接入输入电压信号；第五开关管Q5的源极连接第三比例运算放大子电路232的同相输入端，第三比例运算放大子电路232的输出端被配置为向第二差分放大子电路234的同相输入端传输第三比例放大电压信号，第二差分放大子电路234的反相输入端连接第二连续输出调节电路236；第二差分放大子电路234的输出端被配置为输出调节后的第三比例放大电压信号。

其中，第三比例运算放大子电路232用于对输入电压信号进行第三预设比例的放大处理。第二差分放大子电路234具有电路对称性的特点，可以起到稳定工作点的作用。第二连续输出调节电路236用来调节输出电压，使得输出电压具有连续性。例如，第二连续输出调节电路236用来输出第二连续输出调节信号。

在输入电压信号的电压幅值VIN大于第二电压门槛信号的电压门槛值VTH2时，第三比较器B3输出高电平信号(即第三导通信号)，第五开关管Q5的栅极接收到第三导通信号，则第五开关管Q5导通；基于第五开关管Q5的漏极用于接入输入电压信号；第五开关管Q5的源极连接第三比例运算放大子电路232的同相输入端，进而第三比例运算放大子电路232的同相输入端接收输入电压信号，通过第三比例运算放大子电路232的第三预设比例放大处理，进而向第二差分放大子电路234的同相输入端传输第三比例放大电压信号。基于第二差分放大子电路234的反相输入端连接第二连续输出调节电路236，进而第二差分放大子电路234的反相输入端接入第二连续输出调节信号，通过第二差分放大子电路234的差分放大处理，进而第二差分放大子电路234的输出端输出调节后的第三比例放大电压信号。

通过对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性。通过设置第一连续输出调节电路226和第二连续输出调节电路236，实现电压输出连续性，拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

在一个示例中，如图6所示，第一分段电压调理子电路210还包括第一电压跟随子电路214；第二分段电压调理子电路220还包括第二电压跟随子电路228；第三分段电压调理子电路230还包括第三电压跟随子电路238。第一电压跟随子电路214的同相输入端连接第一比例运算放大子电路212的输出端；第二电压跟随子电路228的同相输入端连接第一差分放大子电路224的输出端；第三电压跟随子电路238的同相输入端连接第二差分放大子电路234的输出端。

基于第一电压跟随子电路214的同相输入端连接第一比例运算放大子电路212的输出端，第一电压跟随子电路214起到缓冲隔离作用，使得第一比例运算放大子电路212与后端电路之间互不影响，提高电压信号调理的可靠性。基于第二电压跟随子电路228的同相输入端连接第一差分放大子电路224的输出端，第二电压跟随子电路228起到缓冲隔离作用，使得第一差分放大子电路224与后端电路之间互不影响，提高电压信号调理的可靠性。基于第三电压跟随子电路238的同相输入端连接第二差分放大子电路234的输出端，第三电压跟随子电路238起到缓冲隔离作用，使得第二差分放大子电路234与后端电路之间互不影响，提高电压信号调理的可靠性。

在一个示例中，如图7所示，第一连续输出调节电路226包括第五电阻R5和第六电阻R6；第二连续输出调节电路236包括第七电阻R7和第八电阻R8。

第五电阻R5的第一端连接直流供电电源VCC，第五电阻R5的第二端连接第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端连接地线，第一差分放大子电路224的反相输入端连接在第五电阻R5的第二端与第六电阻R6的第一端之间。第七电阻R7的第一端连接直流供电电源VCC，第七电阻R7的第二端连接第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端连接地线，第二差分放大子电路234的反相输入端连接在第七电阻R7的第二端与第八电阻R8的第一端之间。

其中，基于第五电阻R5和第六电阻R6的上述连接关系，假设第五电阻R5的阻值为r5，第六电阻R6的阻值为r6，直流供电电源VCC的电压值为vcc，则第一连续输出调节电路226的第一连续输出调节信号的电压调节值为：

基于第七电阻R7和第八电阻R8的上述连接关系，假设第七电阻R7的阻值为r7，第八电阻R8的阻值为r8，直流供电电源VCC的电压值为vcc，则第二连续输出调节电路236的第二连续输出调节信号的电压调节值为：

示例性的，第五电阻R5和第六电阻R6可以是可调电阻；第七电阻R7和第八电阻R8可以是可调电阻。

在一个示例中，如图7所示，第一分段电压门槛子电路110包括第一电阻R1和第二电阻R2；第二分段电压门槛子电路120包括第三电阻R3和第四电阻R4。第一电阻R1的阻值为r1，第二电阻R2的阻值为r2，第三电阻R3的阻值为r3，第四电阻R4的阻值为r4，第五电阻R5的阻值为r5，第六电阻R6的阻值为r6，第七电阻R7的阻值为r7，第八电阻R8的阻值为r8，直流供电电源VCC的电压为vcc。

通过设置第一电阻R1的阻值r1，第二电阻R2的阻值r2，第三电阻R3的阻值r3，第四电阻R4的阻值r4，进而设置第一电压门槛信号的电压门槛值VTH1和第二电压门槛信号的电压门槛值VTH2：

输入电压VIN通过选择电路300与第一电压门槛信号的电压门槛值VTH1和第二电压门槛信号的电压门槛值VTH2进行比较，当VIN＜VTH1时，第一分段电压调理子电路210的第三开关管Q3被闭合，第一开关管Q1和第二开关管Q2均断开，则第一分段电压调理子电路210导通工作，第二分段电压调理子电路220和第三分段电压调理子电路230断开不工作；当VTH1＜VIN＜VTH2时，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4均被闭合，第三开关管Q3和第五开关管Q5均被断开，则第二分段电压调理子电路220导通工作，第一分段电压调理子电路210和第三分段电压调理子电路230断开不工作；当VTH2＜VIN时，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第五开关管Q5均被闭合，第三开关管Q3和第四开关管Q4均被断开，则第三分段电压调理子电路230导通工作，第一分段电压调理子电路210和第二分段电压调理子电路220断开不工作。

具体而言，如图7中，第一比例运算放大子电路212包括第一运算放大器、第九电阻R9(阻值为r9)和第十电阻R10(阻值为r10)；第二比例运算放大子电路222包括第二运算放大器、第十一电阻R11(阻值为r11)和第十二电阻R12(阻值为r12)；第三比例运算放大子电路232包括第三运算放大器、第十三电阻R13(阻值为r13)和第十四电阻R14(阻值为r14)。第一差分放大子电路224包括第四运算放大器、第十五电阻R15(阻值为r15)、第十六电阻R16(阻值为r16)、第十七电阻R17(阻值为r17)和第十八电阻R18(阻值为r18)。第二差分放大子电路234包括第五运算放大器、第十九电阻R19(阻值为r19)、第二十电阻R20(阻值为r20)、第二十一电阻R21(阻值为r21)和第二十二电阻R22(阻值为r22)。

当VIN＜VTH1时，第一分段电压调理子电路210的第三开关管Q3被闭合，第一开关管Q1和第二开关管Q2均断开，则第一分段电压调理子电路210导通工作，第二分段电压调理子电路220和第三分段电压调理子电路230断开不工作，进而输出电压为：

需要说明的是，输出电压可根据需求进行偏置和按设计比例放大。

当VTH1＜VIN＜VTH2时，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4均被闭合，第三开关管Q3和第五开关管Q5均被断开，则第二分段电压调理子电路220导通工作，第一分段电压调理子电路210和第三分段电压调理子电路230断开不工作。定义r15＝r16＝r17＝r18，此时输出电压为：

为实现电压输出连续性，将VTH3电压设置为：

进而输出电压为：

当VTH2＜VIN时，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第五开关管Q5均被闭合，第三开关管Q3和第四开关管Q4均被断开，则第三分段电压调理子电路230导通工作，第一分段电压调理子电路210和第二分段电压调理子电路220断开不工作，定义r19＝r20＝r21＝r22，此时

为实现输出连续性，将VTH4电压设置为：

进而输出电压为：

即实现对输入电压VIN调理，则输出结果为：

需要说明的是，通过类似思路可实现四段、五段、六段等多段电压连续信号调理。

上述实施例中，通过划分多个输入电压范围，对输入电压信号进行比较处理，在输入电压信号的电压幅值落入相应输入电压范围时，则导通相应的电压调理子电路(第一电压调理子电路、第二电压调理子电路和第三电压调理子电路)，实现多段式可选配的电压信号调理。本申请通过对电压信号调理进行优化设计，针对电压自动分段调理，灵活性适配多段电压调理，增加电压采样调理的适用采样范围，提高采样精度和通用性。从而拓宽电压采样调理的适用场景，提高电路的通用性和采样调理的准确性。

在一个实施例中，还提供一种信号测量装置，信号测量装置包括如上述任意一项的段式可选配的信号调理电路。

其中，上述的段式可选配的信号调理电路的具体说明请参照上述实施例的描述，在此不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种段式可选配的信号调理电路，其特征在于，包括：

分段电压门槛电路，所述分段电压门槛电路包括至少两个电压门槛子电路；各所述电压门槛子电路被配置为输出相应的电压门槛信号，各所述电压门槛信号预设有大小不同的门槛值；

分段电压调理电路，所述分段电压调理电路包括多个分段电压调理子电路；各所述分段电压调理子电路被配置为根据对应的导通信号，对输入电压信号进行调理，得到输出电压信号；

选择电路，所述选择电路分别连接所述分段电压门槛电路、所述分段电压调理电路；所述选择电路被配置为接收所述输入电压信号和各所述电压门槛信号，并对所述输入电压信号的电压值和各所述电压门槛信号的门槛值进行比较，根据比较结果，输出相应的导通信号。

2.根据权利要求1所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，

所述分段电压门槛电路至少包括第一分段电压门槛子电路和第二分段电压门槛子电路；所述第一分段电压门槛子电路被配置输出第一电压门槛信号；所述第二分段电压门槛子电路被配置为输出第二电压门槛信号；所述第一电压门槛信号的门槛值小于所述第二电压门槛信号的门槛值；

所述分段电压调理电路至少包括第一分段电压调理子电路、第二分段电压调理子电路和第三分段电压调理子电路；所述第一分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第一导通信号，对所述输入电压信号进行调理，输出第一输出电压信号；所述第二分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第二导通信号，对所述输入电压信号进行调理，输出第二输出电压信号；所述第三分段电压调理子电路被配置为根据接收到的第三导通信号，对所述输入电压信号进行调理，输出第三输出电压信号；

所述选择电路被配置为接收输入电压信号、所述第一电压门槛信号和所述第二电压门槛信号；所述选择电路还被配置为在所述输入电压信号的电压值小于所述第一电压门槛信号的门槛值时，输出所述第一导通信号，在所述输入电压信号的电压值大于所述第一电压门槛信号的门槛值、且小于所述第二电压门槛信号的门槛值时，输出所述第二导通信号，在所述输入电压信号的电压值大于所述第二电压门槛信号的门槛值时，输出所述第三导通信号。

3.根据权利要求2所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述选择电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一开关管和第二开关管；

所述第一比较器的第一输入端用于接收所述输入电压信号，所述第一比较器的第二输入端连接所述第一分段电压门槛子电路的输出端，所述第一比较器的输出端连接第一分段电压调理子电路；所述第一分段电压门槛子电路的电源端用于连接直流供电电源；

所述第二比较器的第一输入端连接所述第一分段电压门槛子电路的输出端，所述第二比较器的第二输入端用于接收所述输入电压信号，所述第二比较器的输出端连接分别连接所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的栅极；

所述第三比较器的第一输入端连接所述第二分段电压门槛子电路的输出端，所述第三比较器的第二输入端连接所述第一开关管的源极，所述第三比较器的输出端连接所述第三分段电压调理子电路；

所述第四比较器的第一输入端连接所述第一开关管的源极，所述第四比较器的第二输入端连接所述第二分段电压门槛子电路的输出端，所述第四比较器的输出端连接所述第二分段电压调理子电路；

所述第一开关管的漏极用于接入所述输入电压信号；所述第二开关管的漏极连接所述直流供电电源，所述第二开关管的源极连接所述第二分段电压门槛子电路的电源端。

4.根据权利要求3所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第一分段电压门槛子电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接所述直流供电电源，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接地线，所述第一比较器的第二输入端、所述第二比较器的第一输入端分别连接在所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端之间。

5.根据权利要求4所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第二分段电压门槛子电路包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端连接所述第二开关管的源极，所述第三电阻的第二端连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接地线，所述第三比较器的第一输入端、所述第四比较器的第二输入端分别连接在所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端之间。

6.根据权利要求3至5任意一项所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第一分段电压调理子电路包括第三开关管和第一比例运算放大子电路；

所述第三开关管的栅极连接所述第一比较器的输出端，所述第三开关管的漏极用于接入所述输入电压信号；所述第三开关管的源极连接所述第一比例运算放大子电路的同相输入端，所述第一比例运算放大子电路的输出端被配置为输出第一比例放大电压信号。

7.根据权利要求6所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第二分段电压调理子电路包括第四开关管、第二比例运算放大子电路、第一差分放大子电路和第一连续输出调节电路；

所述第四开关管的栅极连接所述第四比较器的输出端，所述第四开关管的漏极用于接入所述输入电压信号；所述第四开关管的源极连接所述第二比例运算放大子电路的同相输入端，所述第二比例运算放大子电路的输出端被配置为向所述第一差分放大子电路的同相输入端传输第二比例放大电压信号，所述第一差分放大子电路的反相输入端连接所述第一连续输出调节电路；所述第一差分放大子电路的输出端被配置为输出调节后的第二比例放大电压信号。

8.根据权利要求7所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第三分段电压调理子电路包括第五开关管、第三比例运算放大子电路、第二差分放大子电路和第二连续输出调节电路；

所述第五开关管的栅极连接所述第三比较器的输出端，所述第五开关管的漏极用于接入所述输入电压信号；所述第五开关管的源极连接所述第三比例运算放大子电路的同相输入端，所述第三比例运算放大子电路的输出端被配置为向所述第二差分放大子电路的同相输入端传输第三比例放大电压信号，所述第二差分放大子电路的反相输入端连接所述第二连续输出调节电路；所述第二差分放大子电路的输出端被配置为输出调节后的第三比例放大电压信号。

9.根据权利要求8所述的段式可选配的信号调理电路，其特征在于，所述第一连续输出调节电路包括第五电阻和第六电阻；所述第二连续输出调节电路包括第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端连接所述直流供电电源，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接地线，所述第一差分放大子电路的反相输入端连接在所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端之间；

所述第七电阻的第一端连接所述直流供电电源，所述第七电阻的第二端连接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接地线，所述第二差分放大子电路的反相输入端连接在所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端之间。

10.一种信号测量装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的段式可选配的信号调理电路。

Images