CN210225354U - 一种隔离采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种隔离采样电路，该电路包括：阻抗匹配电路、电压跟随电路、电压线性调节限幅电路、隔离放大电路和差分放大电路，其中，阻抗匹配电路用于对输入信号进行阻抗匹配，电压跟随电路用于对输入信号进行电压跟随，电压线性调节限幅电路用于对输入信号的线性比例调节和限定幅度，隔离放大电路用于对输入信号进行隔离和放大，差分放大电路用于输出差分信号。本实用新型实施例提供的一种隔离采样电路，采用纯硬件电路实现，成本低，并且响应速度快；利用电压线性调节限幅电路，实现对输入信号的限幅和线性调节功能，降低了成本，同时也提高了输入模拟量和输出激光功率的线性对应关系。

Description

一种隔离采样电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种隔离采样电路。

背景技术

激光器的工作模式一般有内控模式和外部AD模式等其它工作模式，为满足激光功率随输入信号快速响应变化的要求，激光器一般工作在外部 AD模式。

外部AD模式是对激光器输入0V-10V模拟量，通过对模拟量进行处理，使得激光器输出0％-100％的激光功率。现有技术中对输入的模拟量进行处理一般是采用隔离采样电路和ADC芯片把输入的模拟量转换成数字量输入单片机中，单片机通过算法校准采回的数字量后，准确输出并且不用再处理的模拟量或者数字量给下级单元处理；该种方案中，由于ADC 芯片采集和单片机进行算法运算后再输出，这需要一定的时间，如果采用高精度ADC芯片，同时增加硬件成本，因此该方案不能快速响应。

现有技术中另外一种对模拟量进行处理的方案是，采用隔离采集电路采集模拟量后，直接输出至下级单元处理，单片机起监控作用。但是该方案没有电压线性调节和限幅功能，降低了输入模拟量与输出激光功率的线性对应关系，同时增加了激光器的使用风险。

针对以上两种方案的缺点，亟需一种能够快速响应、并且具有线性调节和限幅功能的隔离采样电路。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型实施例提供一种隔离采样电路。

本实用新型实施例提供一种隔离采样电路，包括：阻抗匹配电路、电压跟随电路、电压线性调节限幅电路、隔离放大电路和差分放大电路，其中：

所述阻抗匹配电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一运算放大器，其中，输入信号与所述第一电阻的一端连接，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管和所述第二二极管的正极均接第一参考地线，所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极均与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的电源端与第一电源连接，所述第一运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第一运算放大器的电源端与所述第一电容连接的一端连接，所述第一电容的另一端接所述第一参考地线，所述第二电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接所述第一参考地线；

所述电压跟随电路包括第二运算放大器和第二电容，其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第二电阻的另一端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的电源端与所述第一电源连接，所述第二运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第二运算放大器的电源端还与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接所述第一参考地线；

所述电压线性调节限幅电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三电容和第三运算放大器，其中，所述第四电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端连接，所述第五电阻的另一端与第二电源连接，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第一参考地线连接，所述第六电阻的一端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第三运算放大器的电源端与所述第一电源连接，所述第三运算放大器的电源端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接所述第一参考地线，所述第八电阻的一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端接所述第一参考地线；

所述隔离放大电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、稳压二极管、第四电容、第五电容和隔离运算放大器，其中，所述第十一电阻的一端与所述第八电阻的另一端连接，所述第十一电阻的另一端与所述隔离运算放大器的反相差分输入端连接，所述第十二电阻的一端与所述第九电阻的另一端连接，所述第十二电阻的另一端与所述隔离运算放大器的同相差分输入端连接，所述隔离运算放大器的第一供电端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接所述第一参考地线，所述隔离运算放大器的第一电源端还与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述第一电源连接，所述第十三电阻的一端与所述第二电源连接，所述稳压二极管的正极与所述第四电容的另一端连接，所述稳压二极管的负极与所述第十三电阻的一端连接，所述隔离运算放大器的第二供电端接所述第一参考地线，所述隔离运算放大器的第三供电端与所述第五电容的一端连接，所述第五电容的另一端接第二参考地线，所述隔离运算放大器的第三供电端与第三电源连接，所述隔离运算放大器的第四供电端接所述第二参考地线；

所述差分放大电路包括第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第六电容和第四运算放大器，其中，所述第十四电阻的一端与所述隔离运算放大器的反相差分输出端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第十五电阻的一端与所述隔离运算放大器的同相差分输出端连接，所述第十五电阻的另一端与所述第四运算放大器的同相输入端连接，所述第十五电阻的另一端与所述第十六电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端接所述第二参考地线，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第十七电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第四运算放大器的接地端接所述第二参考地线，所述第四运算放大器的电源端与所述第三电源连接，所述第四运算放大器的电源端与所述第六电容的一端连接，所述第六电容的另一端接所述第二参考地线。

优选地，所述第一电源为24V。

优选地，所述第二电源为5V。

优选地，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值之比为9:1。

优选地，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器和所述第四运算放大器的芯片信号是：OPA2192IDR。

优选地，所述隔离运算放大器的芯片型号是：AMC1200BDWV。

本实用新型实施例提供的一种隔离采样电路，采用纯硬件电路实现，成本低，并且响应速度快；利用电压线性调节限幅电路，实现对输入信号的限幅和电压调节功能，降低了成本，同时也提高了输入模拟量和输出激光功率的线性对应关系。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种隔离采样电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种隔离采样电路的电路图，如图1所示，该隔离采样电路包括：阻抗匹配电路、电压跟随电路、电压线性调节限幅电路、隔离放大电路和差分放大电路，其中：

所述阻抗匹配电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第一运算放大器AMP1，其中，输入信号Va与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一二极管D1的正极和所述第二二极管D2的正极连接，所述第一二极管D1和所述第二二极管的正极均接第一参考地线GND1，所述第一二极管D1的负极、所述第二二极管的负极均与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一运算放大器AMP1的同相输入端连接，所述第一运算放大器AMP1的反相输入端与所述第一运算放大器AMP1的输出端连接，所述第一运算放大器 AMP1的电源端与第一电源连接，所述第一运算放大器AMP1的接地端接所述第一参考地线GND1，所述第一运算放大器AMP1的电源端与所述第一电容C1连接的一端连接，所述第一电容C1的另一端接所述第一参考地线 GND1，所述第二电阻R2的一端与所述第一运算放大器AMP1的输出端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻 R3的另一端接所述第一参考地线GND1；

所述电压跟随电路包括第二运算放大器AMP2和第二电容C2，其中，所述第二运算放大器AMP2的同相输入端与所述第二电阻R2的另一端连接，所述第二运算放大器AMP2的反相输入端与所述第二运算放大器AMP2的输出端连接，所述第二运算放大器AMP2的电源端与所述第一电源连接，所述第二运算放大器AMP2的接地端接所述第一参考地线GND1，所述第二运算放大器AMP2的电源端还与所述第二电容C2的一端连接，所述第二电容C2 的另一端接所述第一参考地线GND1；

所述电压线性调节限幅电路包括第四电阻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、第三电容 C3和第三运算放大器AMP3，其中，所述第四电阻R4的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第三运算放大器 AMP3的同相输入端连接，所述第五电阻R5的一端与所述第四电阻R4的另一端连接，所述第五电阻R5的另一端与第二电源VDD2连接，所述第三运算放大器AMP3的反相输入端与所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第一电源连接，所述第六电阻R6的一端与所述第七电阻R7的一端连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第三运算放大器AMP3 的输出端连接，所述第三运算放大器AMP3的接地端接所述第一参考地线 GND1，所述第三运算放大器AMP3的电源端与所述第一电源连接，所述第三运算放大器AMP3的电源端与所述第三电容C3的一端连接，所述第三电容C3的另一端接所述第一参考地线GND1，所述第八电阻R8的一端与所述第三运算放大器AMP3的输出端连接，所述第八电阻R8的另一端与所述第九电阻R9的一端连接，所述第九电阻R9的另一端与所述第十电阻R10的一端连接，所述第十电阻R10的另一端接所述第一参考地线GND1；

所述隔离放大电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻 R13、稳压二极管D3、第四电容C4、第五电容C5和隔离运算放大器ISO AMP，其中，所述第十一电阻R11的一端与所述第八电阻R8的另一端连接，所述第十一电阻R11的另一端与所述隔离运算放大器ISO AMP的反相差分输入端连接，所述第十二电阻R12的一端与所述第九电阻R9的另一端连接，所述第十二电阻R12的另一端与所述隔离运算放大器ISO AMP的同相差分输入端连接，所述隔离运算放大器ISO AMP的第一供电端与所述第四电容C4的一端连接，所述第四电容C4的另一端接所述第一参考地线GND1，所述隔离运算放大器ISO AMP的第一电源端还与所述第十三电阻R13的一端连接，所述第十三电阻R13的另一端与所述第一电源连接，所述第十三电阻R13的一端与所述第二电源VDD2连接，所述稳压二极管D3的正极与所述第四电容C4 的另一端连接，所述稳压二极管D3的负极与所述第十三电阻R13的一端连接，所述隔离运算放大器ISO AMP的第二供电端接所述第一参考地线GND1，所述隔离运算放大器ISOAMP的第三供电端与所述第五电容C5的一端连接，所述第五电容C5的另一端接第二参考地线GND2，所述隔离运算放大器ISO AMP的的第三供电端与所述第三电源VDD3连接，所述隔离运算放大器ISO AMP的第四供电端接所述第二参考地线GND2；

所述差分放大电路包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻 R16、第十七电阻R17、第六电容C6和第四运算放大器AMP4，其中，所述第十四电阻R14的一端与所述隔离运算放大器的反相差分输出端连接，所述第十四电阻R14的另一端与所述第四运算放大器AMP4的反相输入端连接，所述第十五电阻R15的一端与所述隔离运算放大器的同相差分输出端连接，所述第十五电阻R15的另一端与所述第四运算放大器AMP4的同相输入端连接，所述第十五电阻R15的另一端与所述第十六电阻R16的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端接所述第二参考地线GND2，所述第四运算放大器 AMP4的反相输入端与所述第十七电阻R17的一端连接，所述第十七电阻R17 的另一端与所述第四运算放大器AMP4的输出端连接，所述第四运算放大器 AMP4的接地端接所述第二参考地线GND2，所述第四运算放大器AMP4的电源端与所述第三电源VDD3连接，所述第四运算放大器AMP4的电源端与所述第六电容C6的一端连接，所述第六电容C6的另一端接所述第二参考地线GND2。

需要说明的是，阻抗匹配电路、电压跟随电路、电压线性调节限幅电路为隔离放大前的电路，隔离放大前的电路中接第一参考地线，即为图中的 GND1，隔离放大后电路中的接第二参考地线，即为图中的GND2，用来保证输入信号地与激光器控制系统信号地完全隔离。

在该电路进行工作的过程中，阻抗匹配电路接收外部的输入信号Va，一般而言，激光器的输入信号范围为0V-10V，该阻抗匹配电路中的运算放大器采用低噪声高速运算放大器，阻抗匹配电路起阻抗匹配、滤波和缓冲作用，输入信号Va经过阻抗匹配电路后，得到输出信号Vb，阻抗匹配电路的输出信号大小和输入信号的大小相同，Vb的取值范围为0V-10V。

电压跟随电路的输入信号是阻抗匹配电路输出信号进行分压后的电压，也就是图中的Vc，由于第二电阻R2和第三电阻R3的阻值之比为9:1，因此， Vc电压是Vb电压的1/10，即Vc的取值范围为0V-1V，Vc经过该电压跟随电路，得到输出信号Vd，所以Vd电压的取值范围为0V-1V。

电压线性调节限幅电路具有调节和限幅功能，该电路把输入信号Vd调节成输出信号Ve，Ve的取值范围为0.5V-10V，并限制Ve点最高输出电压为10V，该电路把最低电压抬高0.5V，是因为激光器在低功率输出时，输入模拟量与激光输出功率成非线性，需根据实际输出功率与输入模拟量关系来决定最低电压抬高多少伏，该电压线性调节限幅电路中的运算放大器采用高速运算放大器。Ve点的输出电压为0.5V-10V，经R8、R9和R10分压后，对应R9电阻上的电压为0.012V-0.244V。

该隔离采样电路的标准输入信号的取值范围为0-10V，采集0-10V就可以了，特殊情况下输入0-14V或高于10V的电压时，超过10V的电压就认为是10V，该电压线性调节限幅电路实现了将超过10V的电压限定在10V电压的功能，从而实现了对输入信号的限幅功能，并且提高了输入模拟量和输出激光功率的线性对应关系。

隔离放大电路采用差分采集R9电阻上的电压并进行隔离放大8倍，然后转换成差分输出，差分输出电压值为0.096V-1.952V。隔离放大电路输出差分信号，可以直接传输至下一级电路使用，如果下级电路为单端信号，可增加差分放大电路。

差分放大电路采集隔离放大电路输出的差分信号，把差分信号转换成单端信号Vo输送到下一级，该差分放大电路可根据实际需求调整放大倍数，来满足下级电路的需求。

在上述实施例的基础上，具体地，第一电源的取值为24V，第二电源VDD2 的取值为5V，第一运算放大器AMP1、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器的芯片信号是：OPA2192IDR，隔离运算放大器的芯片型号是：AMC1200BDWV。

本实用新型实施例提供的一种隔离采样电路，采用纯硬件电路实现，成本低，并且响应速度快；利用电压线性调节限幅电路，实现对输入信号的限幅和电压调节功能，降低了成本，同时也提高了输入模拟量和输出激光功率的线性对应关系。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种隔离采样电路，其特征在于，包括：阻抗匹配电路、电压跟随电路、电压线性调节限幅电路、隔离放大电路和差分放大电路，其中：

所述阻抗匹配电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一运算放大器，其中，输入信号与所述第一电阻的一端连接，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管和所述第二二极管的正极均接第一参考地线，所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极均与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的电源端与第一电源连接，所述第一运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第一运算放大器的电源端与所述第一电容连接的一端连接，所述第一电容的另一端接所述第一参考地线，所述第二电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接所述第一参考地线；

所述电压跟随电路包括第二运算放大器和第二电容，其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第二电阻的另一端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的电源端与所述第一电源连接，所述第二运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第二运算放大器的电源端还与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接所述第一参考地线；

所述电压线性调节限幅电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三电容和第三运算放大器，其中，所述第四电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端连接，所述第五电阻的另一端与第二电源连接，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第一参考地线连接，所述第六电阻的一端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的接地端接所述第一参考地线，所述第三运算放大器的电源端与所述第一电源连接，所述第三运算放大器的电源端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接所述第一参考地线，所述第八电阻的一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端接所述第一参考地线；

所述隔离放大电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、稳压二极管、第四电容、第五电容和隔离运算放大器，其中，所述第十一电阻的一端与所述第八电阻的另一端连接，所述第十一电阻的另一端与所述隔离运算放大器的反相差分输入端连接，所述第十二电阻的一端与所述第九电阻的另一端连接，所述第十二电阻的另一端与所述隔离运算放大器的同相差分输入端连接，所述隔离运算放大器的第一供电端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接所述第一参考地线，所述隔离运算放大器的第一电源端还与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述第一电源连接，所述第十三电阻的一端与所述第二电源连接，所述稳压二极管的正极与所述第四电容的另一端连接，所述稳压二极管的负极与所述第十三电阻的一端连接，所述隔离运算放大器的第二供电端接所述第一参考地线，所述隔离运算放大器的第三供电端与所述第五电容的一端连接，所述第五电容的另一端接第二参考地线，所述隔离运算放大器的第三供电端与第三电源连接，所述隔离运算放大器的第四供电端接所述第二参考地线；

所述差分放大电路包括第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第六电容和第四运算放大器，其中，所述第十四电阻的一端与所述隔离运算放大器的反相差分输出端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第十五电阻的一端与所述隔离运算放大器的同相差分输出端连接，所述第十五电阻的另一端与所述第四运算放大器的同相输入端连接，所述第十五电阻的另一端与所述第十六电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端接所述第二参考地线，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第十七电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第四运算放大器的接地端接所述第二参考地线，所述第四运算放大器的电源端与所述第三电源连接，所述第四运算放大器的电源端与所述第六电容的一端连接，所述第六电容的另一端接所述第二参考地线。

2.根据权利要求1所述隔离采样电路，其特征在于，所述第一电源为24V。

3.根据权利要求1所述隔离采样电路，其特征在于，所述第二电源为5V。

4.根据权利要求1所述隔离采样电路，其特征在于，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值之比为9:1。

5.根据权利要求1所述隔离采样电路，其特征在于，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器和所述第四运算放大器的芯片信号是：OPA2192 IDR。

6.根据权利要求3所述隔离采样电路，其特征在于，所述隔离运算放大器的芯片型号是：AMC1200BDWV。

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