CN211720541U - 输入信号电压调理电路及其模数转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种输入信号电压调理电路及其模数转换装置，模数转换装置包括模数转换器可调理电路，调理电路包括信号输入端组和信号输出端组，该信号输入端组依次经电压调理模块、信号转换模块连接信号输出端组，所述电压调理模块用于将信号输入端组输入的输入信号，转换成电压幅值满足模数转换器量程的单端信号，所述信号转换模块用于将单端信号转换为差分信号，并通过信号输出端组输出。模数转换器通过电压调理电路可以将输入信号的电压幅值缩放至模数转换器的输入范围内，扩大模数转换器的信号转换范围，使模数转换器能够转换电压幅值高于自身输入范围的信号。

Description

输入信号电压调理电路及其模数转换装置

技术领域

本实用新型涉及调节电压的电路领域，特别是涉及一种输入信号电压调理电路及其模数转换装置。

背景技术

模数转换器是将模拟信号转变为数字信号的电子元件，模数转换器一般是固定增益的器件，信号的电压输入范围是固定的。当输入信号的电压幅值在模数转换器的输入范围的时候，转换性能最好。而当电压幅值大于输入范围的最大值或者小于输入范围的最小值时，都会引起信号失真。

现在许多模数转换器或者数字芯片都是采用电压很低的单电源供电，这使得模数转换器能够采集的电压输入范围变窄，但是在许多场景中需要对高于模数转换器电压输入范围的信号进行采集，而现有技术中缺乏一种能够扩展模数转换器的电压输入范围，以转换电压高于电压输入范围的信号的技术。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种输入信号电压调理电路及其模数转换装置，通过电压调理电路可以将输入信号的电压幅值缩放至模数转换器的输入范围内，扩大模数转换器的信号转换范围，使模数转换器能够转换电压幅值高于自身输入范围的信号。

技术方案如下：

第一方面，提供了一种输入信号电压调理电路，包括信号输入端组和信号输出端组，该信号输入端组依次经电压调理模块、信号转换模块连接信号输出端组；

其中，所述电压调理模块用于将信号输入端组输入的输入信号，转换成电压幅值满足模数转换器量程的单端信号；

所述信号转换模块用于将单端信号转换为差分信号，并通过信号输出端组输出。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述电压调理模块包括：

信号转换单元，用于将输入的差分信号转换为单端信号；

电压调理单元，用于将单端信号的电压幅值调理至模数转换器的电压输入范围内。

结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述信号转换单元包括差分运算放大器U1，该差分运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别连接信号输入端组的2个信号输入端，输出端与电压调理单元的输入端连接。

结合第一方面的第二种可实现方式，在第一方面的第三种可实现方式中，所述差分运算放大器U1的参考电压由精密电压源提供。

结合第一方面的第二或第三种可实现方式，在第一方面的第四种可实现方式中，所述电压调理单元包括差分运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；

差分运算放大器U2的同相输入端连接有基准电压，反相输入端经电阻R1 后分为两路，其中一路连接差分运算放大器U1的输出端，另一路经电阻R3连接所述信号转换模块的一个输入端，所述反相输入端还经电阻R2连接差分运算放大器U1的参考电压端；

所述差分运算放大器U2的输出端包括两路，其中一路连接所述差分运算放大器U1的参考电压端，另一路经电阻R4连接所述信号转换模块的另一个输入端，所述电阻R5并联在信号转换模块的2个输入端之间。

结合第一方面的第四种可实现方式，在第一方面的第五种可实现方式中，所述信号转换模块的2个输入端之间并联有电容C1。

结合第一方面、第一方面的第一至五种中任一一种可实现方式，在第一方面的第六种可实现方式中，所述信号转换模块包括结构一致的双路运算放大器 U3和双路运算放大器U4，所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4的同相输入端作为信号转换模块的两个输入端，分别与所述电压调理模块连接，反相输入端与自身的输出端连接，所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4的输出端还经电阻R6、电阻R7分别连接信号输出端组的2个信号输出端。

结合第一方面的第五种或第六种可实现方式，在第一方面的第七种可实现方式中，所述信号输出端组的2个信号输出端之间并联有电容C2。

第二方面，提供了一种模数转换装置，包括差分模数转换器，还包括第一方面、第一方面的第一至七种可实现方式中的任一一种输入信号电压调理电路，所述差分模数转换器的信号输入端组与输入信号电压调理电路的信号输出端组一一对应连接。

有益效果：采用本实用新型的输入信号电压调理电路及其模数转换装置，能够将输入的差分信号转换成单端信号，并将单端信号的电压幅值缩放至模数转换器的输入范围内，还可以将缩放后的单端信号再转换成差分信号发送给模数转换器，从而扩大模数转换器的信号转换范围，使模数转换器能够转换电压幅值高于自身输入范围的信号。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示的输入信号电压调理电路的电路原理框图，该输入信号电压调理电路包括信号输入端组和信号输出端组，该信号输入端组依次经电压调理模块、信号转换模块连接信号输出端组，所述电压调理模块用于将信号输入端组输入的输入信号，转换成电压幅值满足模数转换器量程的单端信号，所述信号转换模块用于将单端信号转换为差分信号，并通过信号输出端组输出。

具体而言，信号输入端组包括2个信号输入端，2个信号输入端分别与信源连接，以接收信源发出的差分输入信号，电压调理模块可以将信号输入端组接收的差分输入信号转换成单端信号，还可以将单端信号的电压幅值缩小到模数转换器的可分辨的电压范围内。信号转换模块可以将调理后的单端信号转换成差分信号，并通过信号输出端组的2个信号输出端传输给模数转换器。

在本实施例中，优选的，所述电压调理模块包括：

信号转换单元，用于将输入的差分信号转换为单端信号；

电压调理单元，用于将单端信号的电压幅值调理至模数转换器的电压输入范围内。

具体而言，信号转换单元的输入端组与信号输入端组连接，可以将差分输入信号转换成单端信号，以便电压调理单元缩小电压。所述信号转换单元的输出端与电压调理单元连接，电压调理单元可以将单端信号的电压幅值缩小到模数转换器的输入电压范围内，并将调理后的单端信号发送给信号转换模块。

在本实施例中，优选的，如图2所示，所述信号转换单元包括差分运算放大器U1，该差分运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别连接信号输入端组的2个信号输入端，输出端与电压调理单元的输入端连接。

所述差分运算放大器U1为双端输入、单端输出，2个输入端分别与信号输入端组的2个信号输入端连接，信号输入端组输入的差分信号经过差分运算放大器U1后可以转换成单端信号输出，所述差分运算放大器U1的参考电压由现有的精密电压源提供。借助于第二个运算放大器，第一个运放只需提供全摆幅的一半输出，所以信号可以更快的建立。

在本实施例中，优选的，所述电压调理单元包括差分运算放大器U2、电阻 R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；差分运算放大器U2的同相输入端连接有基准电压V0，反相输入端经电阻R1后分为两路，其中一路连接差分运算放大器U1的输出端，另一路经电阻R3连接所述信号转换模块的一个输入端，所述反相输入端还经电阻R2连接差分运算放大器U1的参考电压端；

所述差分运算放大器U2的输出端包括两路，其中一路连接所述差分运算放大器U1的参考电压端，另一路经电阻R4连接所述信号转换模块的另一个输入端，所述电阻R5并联在信号转换模块的2个输入端之间。

电阻R3、电阻R4、电阻R5组成一串联的网络，该网络的输出电压是加载到电阻R5上的电压，因此输出电压的大小降至原始输入信号的R5/(R3+R4+R5) 倍。可以依据模数转换器的电压范围合理选择电阻R3、电阻R4、电阻R5的阻值，即可将输入的高电压调理至适合模数转换器的输入电压。

在本实施例中，优选的，所述信号转换模块的2个输入端之间并联有电容 C1，如此电容C1可以滤除单端信号中因电阻R1、电阻R2产生的共模噪声。

在本实施例中，优选的，所述信号转换模块包括结构一致的双路运算放大器U3和双路运算放大器U4；所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4的同相输入端作为信号转换模块的两个输入端，分别与所述电压调理模块连接，反相输入端与自身的输出端连接，所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4 的输出端还经电阻R6、电阻R7分别连接信号输出端组的2个信号输出端。

所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4可以组成全差分运算放大模块，将单端信号转换成差分信号驱动模数转换器进行转换。双路运放建立时间短可减小对ADC的输入噪声，ADC的输入电平更平稳。

在本实施例中，优选的，所述信号输出端组的2个信号输出端之间并联有电容C2。如此电容C1可以差分信号中的噪声

一种模数转换装置，如图1所示，包括差分模数转换器，还包括上述的输入信号电压调理电路，所述差分模数转换器的信号输入端组与输入信号电压调理电路的信号输出端组一一对应连接。

信号输入端组接收到的输入信号经过输入信号电压调理电路的调理后，电压幅值可以缩小到模数转换器的电压输入范围内，从而扩大了模数转换器的信号转换范围。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种输入信号电压调理电路，包括信号输入端组和信号输出端组，其特征在于：该信号输入端组依次经电压调理模块、信号转换模块连接信号输出端组；

其中，所述电压调理模块用于将信号输入端组输入的输入信号，转换成电压幅值满足模数转换器量程的单端信号；

所述信号转换模块用于将单端信号转换为差分信号，并通过信号输出端组输出。

2.根据权利要求1所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述电压调理模块包括：

信号转换单元，用于将输入的差分信号转换为单端信号；

电压调理单元，用于将单端信号的电压幅值调理至模数转换器的电压输入范围内。

3.根据权利要求2所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述信号转换单元包括差分运算放大器U1，该差分运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别连接信号输入端组的2个信号输入端，输出端与电压调理单元的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述差分运算放大器U1的参考电压由精密电压源提供。

5.根据权利要求3所述的输入信号电压调理电路，其特征在于：所述电压调理单元包括差分运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；

差分运算放大器U2的同相输入端连接有基准电压，反相输入端经电阻R1 后分为两路，其中一路连接差分运算放大器U1的输出端，另一路经电阻R3连接所述信号转换模块的一个输入端，所述反相输入端还经电阻R2连接差分运算放大器U1的参考电压端；

所述差分运算放大器U2的输出端包括两路，其中一路连接所述差分运算放大器U1的参考电压端，另一路经电阻R4连接所述信号转换模块的另一个输入端，所述电阻R5并联在信号转换模块的2个输入端之间。

6.根据权利要求5所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述信号转换模块的2个输入端之间并联有电容C1。

7.根据权利要求1-6任一所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述信号转换模块包括结构一致的双路运算放大器U3和双路运算放大器U4；

所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4的同相输入端作为信号转换模块的两个输入端，分别与所述电压调理模块连接，反相输入端与自身的输出端连接，所述双路运算放大器U3和双路运算放大器U4的输出端还经电阻R6、电阻R7分别连接信号输出端组的2个信号输出端。

8.根据权利要求7所述的输入信号电压调理电路，其特征在于，所述信号输出端组的2个信号输出端之间并联有电容C2。

9.一种模数转换装置，包括差分模数转换器，其特征在于：还包括如权利要求1-8任一所述的输入信号电压调理电路，所述差分模数转换器的信号输入端组与输入信号电压调理电路的信号输出端组一一对应连接。

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