CN209992839U

CN209992839U - 一种模拟输入切换电路

Info

Publication number: CN209992839U
Application number: CN201920929895.5U
Authority: CN
Inventors: 凌应路
Original assignee: Shenzhen Zhongchuang Industrial Internet Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongchuang Industrial Internet Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-01-24
Anticipated expiration: 2029-06-20

Abstract

本实用新型公开了一种模拟输入切换电路，包括：基准电压源、连接端口(J1)、ADC芯片和信号切换模块；该信号切换模块包括MOS开关管(Q1)和用于将模拟电流信号转换为模拟电压信号的第一电阻(R2)，第一电阻(R2)的第一端分别连接到连接端口(J1)的第一管脚及ADC芯片的模拟量输入端，第一电阻(R2)的第二端与MOS开关管(Q1)的漏极连接；基准电压源接于ADC芯片的电源输入端。本实用新型结构设计合理巧妙，基准电压源为ADC芯片提供基准电压，通过MOS开关管(Q1)的闭合和断开，切换ADC芯片对模拟电流信号、模拟电压信号的采集，ADC芯片无需设置更多的输入通道，减少对接线端子数量的需求，有效地缩小电路板尺寸以降低成本，且可简化电路设计以降低接线的复杂程度。

Description

一种模拟输入切换电路

技术领域

本实用新型涉及电子通信领域，具体涉及一种模拟输入切换电路。

背景技术

在中国智能制造2025的推动下，各行各业都掀起了智能化浪潮，工业PLC数据采集是智能制造的核心功能。目前，针对工业控制电流/电压传感器模拟输入采集，可编程逻辑PLC等过程控制终端设备大多仍采用电压电流接线通道电路物理分开，电压电流对应使用不同的端子和不同的ADC芯片引脚，需要设置较多的接线端子、ADC芯片需要更多的输入通道，导致产品电路板尺寸大，接线端子使用较多，ADC芯片输入通道要求多，同时输入保护电路元件增多导致成本较高，电路设计复杂，其高昂的价格、复杂的接线实施使广大客户难以承受。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种模拟输入切换电路。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种模拟输入切换电路，包括：基准电压源、连接端口(J1)、ADC芯片和信号切换模块；该信号切换模块包括MOS开关管(Q1)和用于将模拟电流信号转换为模拟电压信号的第一电阻(R2)，所述第一电阻(R2)的第一端分别连接到所述连接端口(J1)的第一管脚及ADC芯片的模拟量输入端，所述第一电阻(R2)的第二端与所述MOS开关管(Q1)的漏极连接；所述基准电压源接于所述ADC芯片的电源输入端。

其还包括电路保护模块和至少一个滤波单元；所述连接端口(J1)的第一管脚连接到所述电路保护模块的输入端，该电路保护模块、滤波单元依次连接，所述滤波单元的输出端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。

其还包括降压单元；所述降压单元的输入端与所述第一电阻(R2)的第一端连接，所述降压单元的输出端与所述ADC芯片的模拟量输入端连接。

所述降压单元包括依次连接的第二电阻(R3)、第三电阻(R4)；所述第二电阻(R3)的第一端连接到所述第一电阻(R2)的第一端，所述第二电阻(R3)的第二端连接到所述ADC芯片的模拟量输入端。

所述第三电阻(R4)上并联有用于滤波的第一电容(C2)。

所述第三电阻(R4)上还并联有用于对所述ADC芯片进行钳位保护的第一钳位二极管(D2)；所述第二电阻(R3)的第二端还连接有第二钳位二极管(D3)；所述第二钳位二极管(D3)的正极与所述第一钳位二极管(D2)的负极连接，所述第二钳位二极管(D3)的负极连接到供电电源(VCC)，所述第一钳位二极管(D1)的正极接地。

所述电路保护模块包括PTC保险丝(PT1)和TVS二极管(D1)；所述PTC保险丝(PT1)的输入端连接到所述连接端口(J1)的第一管脚，所述PTC保险丝(PT1)的输出端与所述TVS二极管(D1)的第一端连接，所述TVS二极管(D1)的第二端接地。

所述滤波单元包括依次连接的第四电阻(R1)和第二电容(C1)；所述第四电阻(R1)、第二电容(C1)与所述TVS二极管(D1)并联，所述第四电阻(R1)的第二端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。

其还包括用于控制所述MOS开关管(Q1)导通的MCU，所述MCU连接到所述MOS开关管(Q1)的栅极，且所述MOS开关管(Q1)的源极接地。

所述第一电阻(R2)的阻值为200欧姆，所述第二电阻(R3)的阻值为2千欧姆，所述第三电阻(R4)的阻值为1千欧姆。

本实用新型的有益效果为：本实用新型结构设计合理巧妙，基准电压源为ADC芯片提供基准电压，通过MOS开关管(Q1)的闭合和断开，接通和断开与第一电阻(R2)的连接以切换ADC芯片对模拟电流信号、模拟电压信号的采集，ADC芯片无需设置更多的输入通道，减少接线端子数量的需求，有效地缩小电路板尺寸以降低成本，且可简化电路设计以降低接线的复杂程度。

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种模拟输入切换电路的原理图。

具体实施方式

实施例，参见图1，本实施例提供的一种模拟输入切换电路，包括：基准电压源、连接端口(J1)、ADC芯片和信号切换模块；该信号切换模块包括MOS开关管(Q1)和用于将模拟电流信号转换为模拟电压信号的第一电阻(R2)，所述第一电阻(R2)的第一端分别连接到所述连接端口(J1)的第一管脚及ADC芯片的模拟量输入端，所述第一电阻(R2)的第二端与所述MOS开关管(Q1)的漏极连接；所述基准电压源接于所述ADC芯片的电源输入端。第一电阻(R2)的设置，用于将输入的模拟电流信号转换成模拟电压信号；基准电压源为ADC芯片提供基准电压，通过MOS开关管(Q1)的闭合和断开，接通和断开与第一电阻(R2)的连接以切换ADC芯片对模拟电流信号、模拟电压信号的采集，ADC芯片无需设置更多的输入通道，减少接线端子数量的需求，有效地缩小电路板尺寸以降低成本，且可简化电路设计以降低接线的复杂程度。

其还包括电路保护模块和至少一个滤波单元；所述连接端口(J1)的第一管脚连接到所述电路保护模块的输入端，该电路保护模块、滤波单元依次连接，所述滤波单元的输出端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。滤波单元的设置，滤除部分模拟噪声，提高ADC芯片对模拟电流信号、模拟电压信号采集的准确度。

所述降压单元包括依次连接的第二电阻(R3)、第三电阻(R4)；所述第二电阻(R3)的第一端连接到所述第一电阻(R2)的第一端，所述第二电阻(R3)的第二端连接到所述ADC芯片的模拟量输入端。第二电阻(R3)、第三电阻(R4)的设置，使模拟电压信号降至安全范围再输入ADC芯片的模拟量输入端。

所述第三电阻(R4)上并联有用于滤波的第一电容(C2)。对输入的模拟电压信号进行二次滤波。该第一电容(C2)的容量为0.027微法。

所述第三电阻(R4)上还并联有用于对所述ADC芯片进行钳位保护的第一钳位二极管(D2)；所述第二电阻(R3)的第二端还连接有第二钳位二极管(D3)；所述第二钳位二极管(D3)的正极与所述第一钳位二极管(D2)的负极连接，所述第二钳位二极管(D3)的负极连接到供电电源(VCC)，所述第一钳位二极管(D1)的正极接地。第一钳位二极管(D2)和第二钳位二极管(D3)的设置，实现对模拟电压信号的钳制保护。所述的第一钳位二极管(D2)和第二钳位二极管(D3)型号均为1n4148。

所述电路保护模块包括PTC保险丝(PT1)和TVS二极管(D1)；所述PTC保险丝(PT1)的输入端连接到所述连接端口(J1)的第一管脚，所述PTC保险丝(PT1)的输出端与所述TVS二极管(D1)的第一端连接，所述TVS二极管(D1)的第二端接地。PTC保险丝(PT1)的设置，避免输入的电流过大，而发生电路烧坏等故障，实施对电路的一级保护；而TVS二极管(D1)的设置，实施对电路的二级保护。

所述滤波单元包括依次连接的第四电阻(R1)和第二电容(C1)；所述第四电阻(R1)、第二电容(C1)与所述TVS二极管(D1)并联，所述第四电阻(R1)的第二端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。该第二电容(C1)的容量为2.7纳法。

所述第一电阻(R2)的阻值为200欧姆，所述第二电阻(R3)的阻值为2千欧姆，所述第三电阻(R4)的阻值为1千欧姆。所述第四电阻(R1)的阻值为100欧姆。

在使用时，先将传感器接入连接端口(J1)；

当传感器输入为模拟电流信号时，MCU控制MOS开关管(Q1)闭合；模拟电流信号通过连接端口(J1)连接到PTC保险丝(PT1)一级保护后经过TVS二极管(D1)实施二级保护；模拟电流信号经第四电阻(R1)和第二电容(C1)滤除部分模拟噪声；再通过第一电阻(R2)将输入的模拟电流信号转换为模拟电压信号后经第二电阻(R3)、第一电容(C2)再次滤除部分模拟噪声；最后经第一钳位二极管(D2)和第二钳位二极管(D3)钳压到设定值，并通过ADC芯片的模拟量输入端输入ADC芯片以实现对模拟电流信号的采集。

当传感器直接输入模拟电压信号时，MCU控制MOS开关管(Q1)断开；模拟电压信号通过连接端口(J1)连接到PTC保险丝(PT1)一级保护后经过TVS二极管(D1)实施二级保护；模拟电压信号经第四电阻(R1)和第二电容(C1)滤除部分模拟噪声；再输入第二电阻(R3)、第一电容(C2)再次除部分模拟噪声；最后经第一钳位二极管(D2)和第二钳位二极管(D3)钳压到设定值，并通过ADC芯片的模拟量输入端输入ADC芯片以实现对模拟电压信号的采集。

本实用新型结构设计合理巧妙，基准电压源为ADC芯片提供基准电压，通过MOS开关管(Q1)的闭合和断开，接通和断开与第一电阻(R2)的连接以切换ADC芯片对模拟电流信号、模拟电压信号的采集，ADC芯片无需设置更多的输入通道，减少接线端子数量的需求，有效地缩小电路板尺寸以降低成本，且可简化电路设计以降低接线的复杂程度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种模拟输入切换电路，其特征在于，包括：基准电压源、连接端口(J1)、ADC芯片和信号切换模块；

该信号切换模块包括MOS开关管(Q1)和用于将模拟电流信号转换为模拟电压信号的第一电阻(R2)，所述第一电阻(R2)的第一端分别连接到所述连接端口(J1)的第一管脚及ADC芯片的模拟量输入端，所述第一电阻(R2)的第二端与所述MOS开关管(Q1)的漏极连接；

所述基准电压源接于所述ADC芯片的电源输入端。

2.根据权利要求1所述的模拟输入切换电路，其特征在于，其还包括电路保护模块和至少一个滤波单元；

所述连接端口(J1)的第一管脚连接到所述电路保护模块的输入端，该电路保护模块、滤波单元依次连接，所述滤波单元的输出端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。

3.根据权利要求1所述的模拟输入切换电路，其特征在于，其还包括降压单元；

所述降压单元的输入端与所述第一电阻(R2)的第一端连接，所述降压单元的输出端与所述ADC芯片的模拟量输入端连接。

4.根据权利要求3所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述降压单元包括依次连接的第二电阻(R3)、第三电阻(R4)；

所述第二电阻(R3)的第一端连接到所述第一电阻(R2)的第一端，所述第二电阻(R3)的第二端连接到所述ADC芯片的模拟量输入端。

5.根据权利要求4所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述第三电阻(R4)上并联有用于滤波的第一电容(C2)。

6.根据权利要求4所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述第三电阻(R4)上还并联有用于对所述ADC芯片进行钳位保护的第一钳位二极管(D2)；

所述第二电阻(R3)的第二端还连接有第二钳位二极管(D3)；

所述第二钳位二极管(D3)的正极与所述第一钳位二极管(D2)的负极连接，所述第二钳位二极管(D3)的负极连接到供电电源(VCC)，所述第一钳位二极管(D1)的正极接地。

7.根据权利要求2所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述电路保护模块包括PTC保险丝(PT1)和TVS二极管(D1)；

所述PTC保险丝(PT1)的输入端连接到所述连接端口(J1)的第一管脚，所述PTC保险丝(PT1)的输出端与所述TVS二极管(D1)的第一端连接，所述TVS二极管(D1)的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述滤波单元包括依次连接的第四电阻(R1)和第二电容(C1)；

所述第四电阻(R1)、第二电容(C1)与所述TVS二极管(D1)并联，所述第四电阻(R1)的第二端连接到所述第一电阻(R2)的第一端。

9.根据权利要求1所述的模拟输入切换电路，其特征在于，其还包括用于控制所述MOS开关管(Q1)导通的MCU，所述MCU连接到所述MOS开关管(Q1)的栅极，且所述MOS开关管(Q1)的源极接地。

10.根据权利要求4所述的模拟输入切换电路，其特征在于，所述第一电阻(R2)的阻值为200欧姆，所述第二电阻(R3)的阻值为2千欧姆，所述第三电阻(R4)的阻值为1千欧姆。