CN204669320U - 一种具有5通道信号调理的信号模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有5通道信号调理的信号模块，具体结构包括由5组单路调理电路并联组成，每组单路调理电路包括依次连接的差分放大电路、反相放大电路、八阶低通滤波电路、二次放大电路，差分放大电路还连接有增益调节电路和不平衡调节电路，差分放大电路的正负输入端之间还并联有输入保护电路，输入保护电路连接输出保护电路后连接至二次放大电路的输出端，本实用新型解决了现有技术中存在的信号通路电路集成度低、体积大、功耗高和抗干扰性能差的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电子信息技术领域，具体涉及一种具有5通道信号调理的信号模块。
背景技术
通过对调理电路的理论研究，提出用仪表放大器和SMD元器件的方案。调理电路可与压阻式、可变电容式等传感器配套使用，是一种将加速度信号转换为电压信号的放大器。目前市场上还没有类似的产品。为此，开发该调理器，它的研制成功，对于运输试验、汽车碰撞试验，航空航天飞行试验、爆炸效应和结构力学研究具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有5通道信号调理的信号模块，解决了现有技术中存在的信号通路电路集成度低、体积大、功耗高和抗干扰性能差的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种具有5通道信号调理的信号模块，包括5组单路调理电路并联组成，每组单路调理电路包括依次连接的差分放大电路、反相放大电路、八阶低通滤波电路、二次放大电路，差分放大电路还连接有增益调节电路和不平衡调节电路，差分放大电路的正负输入端之间还并联有输入保护电路，输入保护电路连接输出保护电路后连接至二次放大电路的输出端。
本实用新型的特点还在于，
输入保护电路的具体结构为：包括反向串联连接的一组的稳流二极管CR1和稳流二极管CR2，稳流二极管CR1的正向输出端与整个电路的正电压端+IN连接，稳流二极管CR2的正向输出端与整个电路的负电压端-IN连接，稳流二极管CR1和稳流二极管CR2之间设有结点A1。
差分放大电路的具体结构为：包括放大器U1，放大器U1的2引脚和3引脚之间连接有电容C1，放大器U1的2引脚和3引脚还分别连接电阻R1和电阻R2后连接至正电压端+IN和负电压端-IN，放大器U1的7引脚连接至正电源端，放大器U1的4引脚连接至负电源端，放大器U1的1引脚和8引脚之间串联有电阻R3，放大器U1的6引脚连接电阻R4后连接至结点A2，放大器U1的5引脚连接至结点A3。
放大器U1的型号为INA114。
反相放大电路包括放大器U2A，放大器U2A的2引脚与结点A2连接，放大器U2A的1引脚连接至结点A4，放大器U2A的4引脚和8引脚分别接电源的正负端，放大器U2A的3引脚连接至结点A5。
放大器U2A的型号为OP270。
八阶低通滤波电路的具体结构为：包括放大器U4A，放大器U4A的3引脚依次连接电阻R8、电阻R7后连接至所述结点A4，放大器U4A的2引脚和1引脚相连接，放大器U4A的2引脚还连接电容C3后连接至所述电阻R8、电阻R7之间，放大器U4A的3引脚和电阻R8之间还并联电容C4后连接至结点A6，放大器U4A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器U4A的1引脚依次连接电阻R9、电阻R10后连接至U4B的5引脚，放大器U4B的6引脚和7引脚相连接，放大器U4B的6引脚还连接电容C5后连接至所述电阻R10、电阻R9之间，放大器U4B的5引脚和电阻R10之间并联电容C6后连接至结点A7，放大器U4B的7引脚同时还依次连接电阻R11和电阻R12后连接至放大器U5A的3引脚，放大器U5A的2引脚连接电容C7后连接至所述电阻R11、电阻R12之间，放大器U5A的3引脚和电阻R12之间还并联电容C8后连接至结点A8，放大器U5A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器U5A的1引脚依次连接电阻R13、电阻R14后连接至放大器U5B的5引脚，放大器U5B的6引脚和7引脚相连接，放大器U5B的6引脚还连接电容C9后连接至所述电阻R13、电阻R14之间，U5B的5引脚和电阻R14之间并联电容C10后连接至结点A9，U5B的7引脚连接至结点A10，放大器U4A和放大器U4B共同组成放大器U4，放大器U5A和放大器U5B共同组成放大器U5，放大器U4和放大器U5的型号均为OP270。
二次放大电路的内部电路具体为：包括放大器U3A和放大器U3B，放大器U3A和放大器U3B的2引脚和6引脚均连接至所述结点A10，U3A的2引脚与结点A10之间连接有电阻R16，放大器U3B的6引脚与结点A10之间依次连接有电阻R18和电容C13，放大器U3A的1引脚和2引脚之间还分别并联有电阻R15和电容C11，放大器U3A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器U3A的1引脚连接至整个电路的直流输出端DC-out，放大器U3A的3引脚连接至结点A11，放大器U3B的7引脚和6引脚之间还分别并联有电阻R17和电容C12，放大器U3B的5引脚连接至结点A12，放大器U3B的7引脚连接至整个电路的交流输出端AC-out，输出保护电路为：放大器U3A的1引脚连接有稳流二极管CR3后连接至结点A13，放大器U3B的7引脚连接有稳流二极管CR4后连接至结点A14，放大器U3A和放大器U3B共同组成放大器U3，放大器U3的型号为OP270。
增益调节电路为：包括依次连接在放大器U2A的2引脚和1引脚之间的电阻R5和滑动电阻器R6，电阻R5的两端还并联有电容C2，通过调节滑动电阻器R6的阻值大小调节整个电路的增益。
不平衡调节电路的结构为：包括放大器U2B，放大器U2B的型号为OP270，放大器U2B的6引脚和7引脚均连接至所述结点A3，放大器U2B的5引脚与变阻器Rx连接，变阻器Rx两端还分别连接有电阻R19和电阻R20，电阻R20和电阻R19分别还连接至正负电源端，放大器U2B的5引脚与变阻器Rx之间还并联电容C14后连接至结点A15，结点A1、结点A5、结点A6、结点A7、结点A8、结点A9、结点A11、结点A12、结点A13、结点A14、结点A15共地。
本实用新型的有益效果是，一种具有5通道信号调理的信号模块，通过采用差分输入/单端输出放大技术、插入式8阶低通滤波器，放大增益可调节，输入直流不平衡可调节，直流和交流两种输出方式及SMT工艺技术等，具有单独5个通道的信号通路，提高了电路集成度，使其具有体积小、功耗低、寄生因素少和抗干扰性能强的优点。
附图说明
图1是本实用新型一种具有5通道信号调理的信号模块内部单路调理电路的原理框图；
图2是本实用新型一种具有5通道信号调理的信号模块内部单路调理电路的具体电路图。
图中，1.输入保护电路，2.差分放大电路，3.增益调节电路，4.不平衡调节电路，5.反相放大电路，6.八阶低通滤波电路，7.二次放大电路，8.输出保护电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种具有5通道信号调理的信号模块，包括5组单路调理电路并联组成，如图1所示，每组单路调理电路包括依次连接的差分放大电路2、反相放大电路5、八阶低通滤波电路6、二次放大电路7，差分放大电路2还连接有增益调节电路3和不平衡调节电路4，差分放大电路2的正负输入端之间还并联有输入保护电路1，输入保护电路1连接输出保护电路8后连接至二次放大电路7的输出端。
每个电路的具体内部结构如图2所示：
输入保护电路1的具体结构为：包括反向串联连接的一组的稳流二极管CR1和稳流二极管CR2，稳流二极管CR1的正向输出端与整个电路的正电压端+IN连接，稳流二极管CR2的正向输出端与整个电路的负电压端-IN连接，稳流二极管CR1和稳流二极管CR2之间设有结点A1。
差分放大电路2的具体结构为：包括放大器U1，放大器U1的型号为INA114，放大器U1的2引脚和3引脚之间连接有电容C1，放大器U1的2引脚和3引脚还分别连接电阻R1和电阻R2后连接至正电压端+IN和负电压端-IN，放大器U1的7引脚连接至正电源端，放大器U1的4引脚连接至负电源端，放大器U1的1引脚和8引脚之间串联有电阻R3，放大器U1的6引脚连接电阻R4后连接至结点A2，放大器U1的5引脚连接至结点A3。
反相放大电路5包括放大器U2A，放大器U2A的型号为OP270，放大器U2A的2引脚与结点A2连接，放大器U2A的1引脚连接至结点A4，放大器U2A的4引脚和8引脚分别接电源的正负端，放大器U2A的3引脚连接至结点A5。
八阶低通滤波电路6的具体结构为：包括放大器U4A，放大器U4A的3引脚依次连接电阻R8、电阻R7后连接至结点A4，放大器U4A的2引脚和1引脚相连接，放大器U4A的2引脚还连接电容C3后连接至所述电阻R8、电阻R7之间，放大器U4A的3引脚和电阻R8之间还并联电容C4后连接至结点A6，放大器U4A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器U4A的1引脚依次连接电阻R9、电阻R10后连接至U4B的5引脚，放大器U4B的6引脚和7引脚相连接，放大器U4B的6引脚还连接电容C5后连接至电阻R10、电阻R9之间，放大器U4B的5引脚和电阻R10之间并联电容C6后连接至结点A7，放大器U4B的7引脚同时还依次连接电阻R11和电阻R12后连接至放大器U5A的3引脚，放大器U5A的2引脚连接电容C7后连接至电阻R11、电阻R12之间，放大器U5A的3引脚和电阻R12之间还并联电容C8后连接至结点A8，放大器U5A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器U5A的1引脚依次连接电阻R13、电阻R14后连接至放大器U5B的5引脚，放大器U5B的6引脚和7引脚相连接，放大器U5B的6引脚还连接电容C9后连接至所述电阻R13、电阻R14之间，放大器U5B的5引脚和电阻R14之间并联电容C10后连接至结点A9，放大器U5B的7引脚连接至结点A10，放大器U4A和放大器U4B共同组成放大器U4，放大器U5A和放大器U5B共同组成放大器U5，U4和U5的型号均为OP270。
二次放大电路7的内部电路具体为：包括放大器U3A和放大器U3B，放大器U3A和放大器U3B共同组成放大器U3，放大器U3A和放大器U3B的2引脚和6引脚均连接至结点A10，U3A的2引脚与结点A10之间连接有电阻R16，U3B的6引脚与结点A10之间依次连接有电阻R18和电容C13，U3A的1引脚和2引脚之间还分别并联有电阻R15和电容C11，U3A的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，U3A的1引脚连接至整个电路的直流输出端DC-out，U3A的3引脚连接至结点A11，U3B的7引脚和6引脚之间还分别并联有电阻R17和电容C12，U3B的5引脚连接至结点A12，U3B的7引脚连接至整个电路的交流输出端AC-out，输出保护电路8为：U3A的1引脚连接有稳流二极管CR3后连接至结点A13，U3B的7引脚连接有稳流二极管CR4后连接至结点A14，U3的型号为OP270。
增益调节电路3为：包括依次连接在所述放大器U2A的2引脚和1引脚之间的电阻R5和滑动电阻器R6，电阻R5的两端还并联有电容C2，通过调节滑动电阻器R6的阻值大小调节整个电路的增益。
不平衡调节电路4的结构为：包括放大器U2B，放大器U2B的型号为OP270，放大器U2B的6引脚和7引脚均连接至结点A3，放大器U2B的5引脚与变阻器Rx连接，变阻器Rx两端还分别连接有电阻R19和电阻R20，电阻R20和电阻R19分别还连接至正负电源端，放大器U2B的5引脚与变阻器Rx之间还并联电容C14后连接至结点A15，结点A1、结点A5、结点A6、结点A7、结点A8、结点A9、结点A11、结点A12、结点A13、结点A14、结点A15共地。
OP270是一款高性能、单芯片、双通道运算放大器，电压噪声极低，1kHz时最大值为5nV/Hz，性能可与PMI工业标准放大器OP-27相媲美，在整个军用温度范围内，OP270的输入失调电压低于75μV，失调电压漂移低于1μV/℃，驱动10kΩ负载时，开环增益超过1500000，即使在高增益应用中，也可确保出色的增益精度和线性度，输入偏置电流小于20nA，可减少信号源阻抗造成的误差。共模抑制比(CMRR)超过106dB，电源抑制比(PSRR)低于3.2μV/V，从而能够显著降低接地噪声和电源波动引起的误差。双通道OP-270的功耗比两个OP-27低三分之一，对于注重功耗的应用而言具有较大优势。OP-270为单位增益稳定型，增益带宽积为5MHz，压摆率为2.4V/μs。OP-270提供出色的放大器匹配特性，这对于多增益模块、低噪声仪表放大器、双通道缓冲器和低噪声有源滤波器等应用都十分重要。OP-270采用符合工业标准的8引脚DIP引脚排列，与双通道运算放大器MC1458/1558、SE5532/A、RM4558和HA5102引脚兼容，可用来升级使用这些器件的系统。
本实用新型一种具有5通道信号调理的信号模块，技术性能指标如下：
(1)输入信号通道：5路；
(2)输入信号：差分；
(3)输入信号范围：0～100mV±10mV；
(4)滤波频响：
a.直流通道：低通滤波，0Hz～(1000Hz±20Hz)；
b.交流通道：带通滤波，(0.25Hz±0.02)～(1000Hz±20Hz)；
(5)滤波特性：40Hz～800Hz通带内波动≤0.1dB；
(6)滤波通带外衰减60dB/10倍频程；
(7)通道一致性：任意两通道间相位差≤3°；
(8)输出信号：
a.直流通道：5路，0～4.95V；
b.交流通道：5路，±2.5V；
(9)输出信号精度：0.5％；
(10)激励输出：10V，最大驱动电流20mA；
(11)激励输出精度：0.2％；
(12)各通道激励独立输出，并具有短路保护功能，当短路恢复正常后，激励输出也恢复正常；
(13)系统供电：22V～32V DC。
本实用新型一种具有5通道信号调理的信号模块，采用精密仪表放大器实现差分输入、单端输出，同时完成增益档位调节和不平衡调节；采用低功耗、低输入失调电压放大器实现前置放大、增益微调节、8阶低通滤波器的设计；采用具有超低谐波失真、低噪声、高增益带宽的高性能音频放大器，实现直流和交流两种输出放大功能；采用瞬态保护电路，完成输入、输出、供电端的1500W/1MS峰值脉动功率的瞬态保护。
本实用新型具有5通道信号调理的信号模块，所形成的成果是一项共性技术，也可用于其他领域，如发电机组、重型机床、冶炼等具有振动的设备运行监测。因此，随着本项目的技术移植和推广应用，将对大型设备运行安全，对操作人身的损害、提高劳动生产率带来良好的社会和经济效益。
Claims (10)
1.一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，包括5组单路调理电路并联组成，所述每组单路调理电路包括依次连接的差分放大电路(2)、反相放大电路(5)、八阶低通滤波电路(6)、二次放大电路(7)，所述差分放大电路(2)还连接有增益调节电路(3)和不平衡调节电路(4)，所述差分放大电路(2)的正负输入端之间还并联有输入保护电路(1)，输入保护电路(1)连接输出保护电路(8)后连接至二次放大电路(7)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述输入保护电路(1)的具体结构为：包括反向串联连接的一组的稳流二极管(CR1)和稳流二极管(CR2)，稳流二极管(CR1)的正向输出端与整个电路的正电压端+IN连接，稳流二极管(CR2)的正向输出端与整个电路的负电压端-IN连接，所述稳流二极管(CR1)和稳流二极管(CR2)之间设有结点(A1)。
3.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述差分放大电路(2)的具体结构为：包括放大器(U1)，放大器(U1)的2引脚和3引脚之间连接有电容(C1)，放大器(U1)的2引脚和3引脚还分别连接电阻(R1)和电阻(R2)后连接至正电压端+IN和负电压端-IN，放大器(U1)的7引脚连接至正电源端，放大器(U1)的4引脚连接至负电源端，放大器(U1)的1引脚和8引脚之间串联有电阻R3，放大器(U1)的6引脚连接电阻(R4)后连接至结点(A2)，放大器(U1)的5引脚连接至结点(A3)。
4.根据权利要求3所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述放大器(U1)的型号为INA114。
5.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述反相放大电路(5)包括放大器(U2A)，所述放大器(U2A)的2引脚与所述结点(A2)连接，放大器(U2A)的1引脚连接至结点(A4)，放大器(U2A)的4引脚和8引脚分别接电源的正负端，放大器(U2A)的3引脚连接至结点(A5)。
6.根据权利要求5所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述放大器(U2A)的型号为OP270。
7.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述八阶低通滤波电路(6)的具体结构为：包括放大器(U4A)，放大器(U4A)的3引脚依次连接电阻(R8)、电阻(R7)后连接至所述结点(A4)，放大器(U4A)的2引脚和1引脚相连接，放大器(U4A)的2引脚还连接电容(C3)后连接至所述电阻(R8)、电阻(R7)之间，放大器(U4A)的3引脚和电阻(R8)之间还并联电容(C4)后连接至结点(A6)，放大器(U4A)的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，(U4A)的1引脚依次连接电阻(R9)、电阻(R10)后连接至放大器(U4B)的5引脚，放大器(U4B)的6引脚和7引脚相连接，放大器(U4B)的6引脚还连接电容(C5)后连接至所述电阻(R10)、电阻(R9)之间，放大器(U4B)的5引脚和电阻(R10)之间并联电容(C6)后连接至结点(A7)，放大器(U4B)的7引脚同时还依次连接电阻(R11)和电阻(R12)后连接至放大器(U5A)的3引脚，放大器(U5A)的2引脚连接电容(C7)后连接至所述电阻(R11)、电阻(R12)之间，放大器(U5A)的3引脚和电阻(R12)之间还并联电容(C8)后连接至结点(A8)，放大器(U5A)的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器(U5A)的1引脚依次连接电阻(R13)、电阻(R14)后连接至放大器(U5B)的5引脚，放大器(U5B)的6引脚和7引脚相连接，放大器(U5B)的6引脚还连接电容(C9)后连接至所述电阻(R13)、电阻(R14)之间，放大器(U5B)的5引脚和电阻(R14)之间并联电容(C10)后连接至结点(A9)，放大器(U5B)的7引脚连接至结点(A10)，所述放大器(U4A)和放大器(U4B)共同组成放大器(U4)，所述放大器(U5A)和放大器(U5B)共同组成放大器(U5)，所述放大器(U4)和放大器(U5)的型号均为OP270。
8.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述二次放大电路(7)的内部电路具体为：包括放大器(U3A)和放大器(U3B)，所述放大器(U3A)和放大器(U3B)共同组成放大器(U3)，放大器(U3A)和放大器(U3B)的2引脚和6引脚均连接至所述结点(A10)，(U3A)的2引脚与结点(A10)之间连接有电阻(R16)，放大器(U3B)的6引脚与结点(A10)之间依次连接有电阻(R18)和电容(C13)，所述放大器(U3A)的1引脚和2引脚之间还分别并联有电阻(R15)和电容(C11)，放大器(U3A)的8引脚和4引脚分别接电源的正负端，放大器(U3A)的1引脚连接至整个电路的直流输出端DC-out，(U3A)的3引脚连接至结点(A11)，所述(U3B)的7引脚和6引脚之间还分别并联有电阻(R17)和电容(C12)，放大器(U3B)的5引脚连接至结点(A12)，放大器(U3B)的7引脚连接至整个电路的交流输出端AC-out，所述输出保护电路(8)为：放大器(U3A)的1引脚连接有稳流二极管(CR3)后连接至结点(A13)，所述放大器(U3B)的7引脚连接有稳流二极管(CR4)后连接至结点(A14)，所述放大器(U3)的型号为OP270。
9.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述增益调节电路(3)为：包括依次连接在所述放大器(U2A)的2引脚和1引脚之间的电阻(R5)和滑动电阻器(R6)，所述电阻(R5)的两端还并联有电容(C2)，通过调节滑动电阻器(R6)的阻值大小调节整个电路的增益。
10.根据权利要求1所述的一种具有5通道信号调理的信号模块，其特征在于，所述不平衡调节电路(4)的结构为：包括放大器(U2B)，所述放大器(U2B)的型号为OP270，放大器(U2B)的6引脚和7引脚均连接至所述结点(A3)，放大器(U2B)的5引脚与变阻器(Rx)连接，变阻器(Rx)两端还分别连接有电阻(R19)和电阻(R20)，电阻(R20)和电阻(R19)分别还连接至正负电源端，所述放大器(U2B)的5引脚与变阻器(Rx)之间还并联电容(C14)后连接至结点(A15)，所述结点(A1)、结点(A5)、结点(A6)、结点(A7)、结点(A8)、结点(A9)、结点(A11)、结点(A12)、结点(A13)、结点(A14)、结点(A15)共地。
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2015
- 2015-05-19 CN CN201520324740.0U patent/CN204669320U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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