CN201522701U - 多路模拟信号放大数据采集电路 - Google Patents

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任智仁
李先怀
周宣
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Abstract

本实用新型公开了一种多路模拟信号放大数据采集电路，包括分时切换多路模拟开关、第一级低通滤波器、射极跟随器、第二级低通滤波器、信号输出保护电路、AD采样电路及MCU计算控制电路，其中射极跟随器与第二级低通滤波器之间增加了一个闭环自适用分段放大电路，该电路包括运算放大器、通道切换多路模拟开关、若干匹配电阻、反馈电阻，其中运算放大器的负极端与所述射极跟随器连接，正极端与反馈电阻及通道切换多路模拟开关连接，匹配电阻一端与通道切换多路模拟开关连接，另一端与第二级低通滤波器连接。本实用新型既可以保证多路模拟通道信号传输的一致性、又能根据输入模拟信号的大小自动调节各模拟通道的实时放大倍数，提高AD的采样位数和最小分辨率，获得更宽的动态测量范围。

Description

多路模拟信号放大数据采集电路
技术领域
本实用新型涉及一种多路模拟信号放大数据采集电路
背景技术
随着科学技术的日新月异、国家经济建设和工业企业的不断发展，各行各业对高精度仪器仪表、数据采集系统的数量不断增加，精度、测量范围等要求不断提高，而现有的多路模拟信号放大数据采集电路一般是由多路模拟开关、输入端低通滤波器、射极跟随器、运算放大器、输出端低通滤波器、保护输出电路、AD及MCU输出组成，该电路工作时只能对前端所有模拟输入信号进行同一固定放大倍数放大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种价格低廉、测量精确度高、动态范围宽的多路模拟信号放大数据采集电路。
本实用新型提供的这种多路模拟信号放大数据采集电路，包括分时切换多路模拟开关(U1)、第一级低通滤波器(R1/C1)、射极跟随器(U2)、第二级低通滤波器(R3/C2)、信号输出保护电路(D1/D2)、AD采样电路及MCU计算控制电路，所述射极跟随器(U2)与第二级低通滤波器(R3/C3)之间增加了一个闭环自适用分段放大电路，该电路包括运算放大器(U3)、通道切换多路模拟开关(U4)、若干匹配电阻(RF)、反馈电阻(R4)，其中运算放大器(U3)的负极端与所述射极跟随器连接，正极端与反馈电阻(R4)及通道切换多路模拟开关(U4)连接，所述若干匹配电阻(RF)一端与通道切换多路模拟开关(U4)连接，另一端与所述第二级低通滤波器(R3/C3)连接。
本实用新型多路模拟信号放大数据采集电路由于在现有技术的基础上增加了自适用分段放大电路，通过通道切换多路模拟开关进行定时切换，将前端多路模拟信号分时传输合并成一路信号在同一通道中进行不同倍数的放大、传输，由同一AD进行准同步采样，既可以保证多路传输通道信号传输的一致性、又能根据各路前端模拟信号的大小自动调节各模拟通道的实时放大倍数，提高现有AD采样位数和最小分辨率，测量精确度高，能获得很宽的动态测量范围；利用单个普通AD准同步采样多路模拟信号，从而达到相当于多路高精度AD同步采样多个模拟信号的效果，同时还可以大大降低模拟采样部分的硬件成本、降低系统功耗，提高整个系统性价比，满足市场需求。
附图说明
图1是本实用新型的电路结构框图；
图2是本实用新型一种实施方式的电路图。
从图1和图2可以看出本实用新型主要由前端分时切换多路模拟开关电路U1、第一级低通滤波电路(R1/C1)、射极跟随器U2、闭环自适用分段放大电路、第二级低通滤波电路(R3/C2)、信号输出保护电路(D1/D2)、AD采样电路及MCU计算控制电路U5等组成。闭环自适用分段放大电路包括运算放大器(U3)、通道切换多路模拟开关U4、若干匹配电阻RF、反馈电阻R4，其中运算放大器U3的负极端与所述射极跟随器连接，正极端与反馈电阻(R4)及通道切换多路模拟开关U4连接，所述若干匹配电阻RF一端与通道切换多路模拟开关U4连接，另一端与所述第二级低通滤波器R3/C2连接。
U1选用内阻小、切换速度达高的多路模拟开关(开关通道2～32)，多路信号输入、一路信号输出口，在来自U5的通道切换控制线1的控制下可以将前端多路模拟信号进行分时切换、传输，整合成一路模拟信号输出，这样可以大大降低传输通道的硬件成本，仅为原来的1/N。
电阻R1、电容C1组成一个简单的低通滤波器对U1输出的模拟信号进行有效滤波，可以根据输入信号的固有频率及模拟开关的切换频率进行参数选择，尽可能滤除模拟开关切换过程中产生的干扰信号，以免对后极电路产生影响。
射极跟随器U2选用高性能运放，以射随器方式接入系统电路，因其输入阻抗高、输出阻抗低，可以起到阻抗变换的作用，既可以减少前端模拟开关内阻对信号的影响、又可以减小放大电路对信号源所取的电流、还因其输出阻抗低可以减小负载变动对电压增益的影响，保证信号的有效、不失真传输。
电阻R2主要起到阻抗匹配、信号隔离的作用。
运算放大器U3选用性价比较高的运算放大器，根据具体需求对前端各个模拟通道的模拟信号进行独立、实时放大，放大倍数由通道切换多路模拟开关U4所匹配的电阻RF、与反馈电阻R4共同决定。
通道切换多路模拟开关U4输入端连接N个不同阻值的电阻，在来自U5的通道切换控制线2的控制下实时地对所连接的电阻进行选择性导通，与反馈电阻R4形成相应的反馈网络，根据输入模拟信号的大小对经过电阻R2隔离后的模拟输入信号进行实时、分段放大、缩小处理。
电阻R3与电容C2组成简单的第二级低通滤波器，对经过U4放大输出的信号进行有效滤波，根据输入信号的固有频率及模拟开关的切换频率进行参数选择，尽可能滤除模拟开关切换过程中产生的干扰信号，以免对后极AD采样电路产生影响。
二极管D1、D2组成了信号输出保护电路，在这里主要起到信号保护作用，有效地防止前端信号经过放大处理后超过AD采样电路输入范围。
AD采样电路及MCU计算控制电路U5主要完成信号采样、信号处理、根据设计需要对模拟开关U1的输入通道、U4的反馈电阻进行实时控制等处理。

Claims (1)

1.一种多路模拟信号放大数据采集电路，包括分时切换多路模拟开关(U1)、输入端低通滤波器(R1/C1)、射极跟随器(U2)、输出端低通滤波器(R3/C3)、信号输出保护电路(D1/D2)、AD及MCU输出，其特征在于在所述射极跟随器(U2)与输出端低通滤波器(R3/C3)之间增加了一个自适用分段放大电路，该电路包括运算放大器(U3)、通道切换多路模拟开关(U4)、若干匹配电阻(RF)、反馈电阻(R4)，其中运算放大器(U3)的负极端与所述射极跟随器连接，正极端与反馈电阻(R4)及通道切换多路模拟开关(U4)连接，所述若干匹配电阻(RF)一端与通道切换多路模拟开关(U4)连接，另一端与所述输出端低通滤波器(R3/C3)连接。
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