CN208939927U - 信号采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种信号采样电路，包括增益放大电路、滤波电路、采样保持电路和A/D转换电路，其中的采样保持电路包括电压比较器、开关三极管、储能电容和运算放大器，电压比较器用于比较输入信号和反馈信号、并控制开关三极管通断，当开关三极管导通时，储能电容充电，同时运算放大器处于采样状态，当开关三极管阻断时，储能电容放电，运算放大器处于保持状态。本实用新型的信号采样电路由于采用电压比较以及闭环反馈模式实现采样保持功能，通过开关三极管实时控制运算放大器的采样和保持，随输入信号的变化实时变换采样和保持，精度高，而且稳定性好。

Description

信号采样电路

技术领域

本实用新型的实施例涉及一种信号采样电路，具体而言，涉及的是一种模拟信号采样电路。

背景技术

同模拟系统相比，数字系统具有更高的精度和更好的稳定性，所以在信号处理时，很多时候用模拟方法很难处理，但是用数字方式处理就非常容易，于是就需要把模拟信号进行采样，变成数字信号后再进行数字信号处理。信号采样过程就是将信号从连续时间域上的模拟信号转换到离散时间域上的离散信号的过程，通常是采样与量化联合进行，模拟信号先由采样器按照一定时间间隔采样获得时间上离散的信号，再经模数转换器(ADC)在数值上也进行离散化，从而得到数值和时间上都离散的数字信号。

目前存在很多信号采样电路，其中的“A/D转换”是信号采样过程的必经步骤，但是A/D转换器完成一次转换需要一定时间，所以在转换期间需要A/D转换器输入端的模拟信号电压保持不变才能保证转换的准确度，最终实现高采样精度。所以，从提高采样保持入手，设计一款高精度信号采样电路，具有很好的可行性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种随输入信号的变化实时变换采样、保持时间的高精度的信号采样电路。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种信号采样电路，包括增益放大电路、滤波电路、采样保持电路和A/D转换电路，其中，增益放大电路输入端输入输入信号，输出端与滤波电路连接，用于对输入信号进行增益放大；滤波电路连接在增益放大电路输出端，用于滤除增益放大后的输入信号的波纹；采样保持电路连接在滤波电路输出端，其包括电压比较器、开关三极管、储能电容和运算放大器，电压比较器的同相端连接滤波电路的输出端、反向端连接运算放大器的反向端、输出端连接开关三极管基极，开关三极管集电极连接滤波电路输出端、发射极连接运算放大器的同相端，运算放大器的同相端还与储能电容连接、反向端与输出端连接；A/D转换电路与运算放大器输出端连接，用于对输入信号进行模数转换。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

增益放大电路包括依次连接的第一电压跟随器、信号放大器和第二电压跟随器，第一电压跟随器的同相端为输入信号的输入端、反向端与其输出端连接、其输出端还与信号放大器输入端连接，信号放大器输出端与第二电压跟随器同相端连接，第二电压跟随器反向端与其输出端连接，其输出端还与滤波电路连接。

增益放大电路还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；其中，电容C1和C2相互并联并连接在第一电压跟随器的同相端和地之间；电容C3和C4相互并联并连接在第一信号放大器的正电源输入端；电容C5和C6相互并联并连接在第一信号放大器的负电源输入端；电容C7和C8相互并联并连接与第二电压跟随器的输出端和地之间。

滤波电路包括电阻R1、电容C9和电容C10，电阻R1的其中一端连接所述增益放大电路的输出端、另一端连接电压比较器的同相端，电容C9一端连接电压比较器的同相端、另一端接地，电容C10与电容C9并联。

采样保持电路3还包括电位器RP1、电阻R2和电阻R3，电位器RP1的可调端连接电压比较器的反向端、其中一个固定端通过电阻R2后接到运算放大器的输出端、另一个固定端通过电阻R3后接地。

相比于现有技术，本实用新型的信号采样电路的优势在于：其包括增益放大电路、滤波电路、采样保持电路和A/D转换电路，其中的采样保持电路包括电压比较器、开关三极管、储能电容和运算放大器，电压比较器用于比较输入信号和反馈信号、并控制开关三极管通断，当开关三极管导通时，储能电容充电，同时运算放大器处于采样状态，当开关三极管阻断时，储能电容放电，运算放大器处于保持状态。本实用新型的信号采样电路由于采用电压比较以及闭环反馈模式实现采样保持功能，通过开关三极管实时控制运算放大器的采样和保持，随输入信号的变化实时变换采样和保持，精度高，而且稳定性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关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涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型较佳实施例的信号采样电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1，本实施例的信号采样电路包括增益放大电路、滤波电路、采样保持电路和A/D转换电路。

增益放大电路用于对输入的输入信号进行隔离跟随以及增益放大，其包括第一电压跟随器U1、信号放大器U2、第二电压跟随器U3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8。第一电压跟随器U1的同相端为输入信号的输入端，输入输入信号，反向端与输出端连接，构成负反馈，同时输出端还与信号放大器U1输入端连接。电容C1和电容C2相互并联，并连接在第一电压跟随器U1的同相端和地之间，该两个电容用于对输入信号进行初次滤波，起到稳定作用。信号放大器U2的信号输入端(VINP)与第一电压跟随器U1输出端连接，接收经过第一电压跟随器U1隔离跟随后的输入信号，并对输入信号进行增益放大。在信号放大器U2的正电源输入端(+5v)连接有电容C3和电容C4，电容C3和C4相互并联，用于过滤正输入电源杂波，防止其影响输入信号放大；同样的，在信号放大器U2的负电源输入端(-5v)连接有电容C5和电容C6，电容C5和C6相互并联，用于过滤负输入电源杂波，防止其影响输入信号放大。第二电压跟随器U2的同相端为放大后输入信号的输入端，其连接信号放大器U2的信号输出端(Vout)；反向端连接输出端，输出端连接滤波电路。电容C7和C8相互并联并连接与第二电压跟随器U2的输出端和地之间，用于稳定第二电压跟随器U2的输出信号。

滤波电路包括电阻R1、电容C9和电容C10，电阻R1的其中一端连接第二电压跟随器U2的输出端、另一端连接采样保持电路3的电压比较器的同相端，电容C9一端连接采样保持电路3的电压比较器的同相端、另一端接地，电容C10与电容C9并联。电阻R1、电容C9和电容C10构成RC滤波网络，消除采样保持电路3输入端的异常尖峰毛刺，是输入信号更稳定。

采样保持电路包括电压比较器U4、开关三极管Q1、储能电容C11和运算放大器U5、电位器RP1、电阻R2和电阻R3。电压比较器U4的同相端连接电阻R1，输入经滤波电路2过滤后的输入信号；电压比较器U4的反向端连接电位器RP1可调端，电位器RP1的其中一个固定端通过电阻R2后接到运算放大器U5的输出端、另一个固定端通过电阻R3后接地；电压比较器U4的输出端连接开关三极管Q1的基极。开关三极管Q1的集电极连接电阻R1，输入经滤波电路2过滤后的输入信号，发射极连接运算放大器U5的同相端。运算放大器U5的同相端还与储能电容C11连接,反向端与输出端连接,构成负反馈。

在输入信号电压上升时，电压比较器U4同相端电压大于反向端反馈电压，输出端输出高电平，开关三极管Q1导通，输入信号输入运算放大器U5，U5对输出信号进行采样，与此同时输入信号对储能电容C11充电，此时采样保持电路处于采样状态。在输入信号电压下降时，电压比较器U4同相端电压小于反向端反馈电压，输出端输出低电平，开关三极管Q1阻断，储能电容C11放电，此时采样保持电路处于保持状态。通过实时反馈，实时控制开关的通断实现精准采样。

而且本采样保持电路还通过调节电位器RP1，可以改变电压比较器U4的比较电位，改变了电压比较器U4反馈回路的相位，达到使电路的静态工作点为零，使得电路不易产生震荡，提高了电路的稳定性。

A/D转换电路可采用现有的AD7810芯片电路U6，其输入端与运算放大器U5的输出端连接，将模拟采样信号转换为数字信号后从输出端输出，完成信号采样。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种信号采样电路，其特征在于：包括增益放大电路、滤波电路、采样保持电路和A/D转换电路，其中，

所述增益放大电路输入端输入输入信号，输出端与滤波电路连接，用于对输入信号进行增益放大；

所述滤波电路连接在增益放大电路输出端，用于滤除增益放大后的输入信号的波纹；

所述采样保持电路连接在滤波电路输出端，其包括电压比较器、开关三极管、储能电容和运算放大器，电压比较器的同相端连接滤波电路的输出端、反向端连接运算放大器的反向端、输出端连接开关三极管基极，开关三极管集电极连接滤波电路输出端、发射极连接运算放大器的同相端，运算放大器的同相端还与储能电容连接、反向端与输出端连接；

所述A/D转换电路与运算放大器输出端连接，用于对输入信号进行模数转换。

2.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述增益放大电路包括依次连接的第一电压跟随器、信号放大器和第二电压跟随器，第一电压跟随器的同相端为输入信号的输入端、反向端与其输出端连接、其输出端还与第一信号放大器输入端连接，第一信号放大器输出端与第二电压跟随器同相端连接，第二电压跟随器反向端与其输出端连接，其输出端还与滤波电路连接。

3.根据权利要求2所述的信号采样电路，其特征在于：所述增益放大电路还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8；其中，电容C1和C2相互并联并连接在第一电压跟随器的同相端和地之间；电容C3和C4相互并联并连接在信号放大器的正电源输入端；电容C5和C6相互并联并连接在信号放大器的负电源输入端；电容C7和C8相互并联并连接与第二电压跟随器的输出端和地之间。

4.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述滤波电路包括电阻R1、电容C9和电容C10，电阻R1的其中一端连接所述增益放大电路的输出端、另一端连接电压比较器的同相端，电容C9一端连接电压比较器的同相端、另一端接地，电容C10与电容C9并联。

5.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于：所述采样保持电路还包括电位器RP1、电阻R2和电阻R3，电位器RP1的可调端连接电压比较器的反向端、其中一个固定端通过电阻R2后接到运算放大器的输出端、另一个固定端通过电阻R3后接地。