CN211860056U - 一种新型差分放大电路的信号匹配电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种新型差分放大电路的信号匹配电路。包括:开关单元、AD采样单元、单端转差分放大电路、数字电位器和处理器；所述开关单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，所述AD采样单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，所述单端转差分放大电路与所述数字电位器相连，所述数字电位器与所述处理器相连。本实用新型通过输入校准信号至单端转差分放大电路，由处理器根据AD采样单元采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路同相端的反馈电阻网络与反相端的反馈电阻网络电阻值相等，实现电阻精准匹配，从而提高差分放大电路精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋探测技术领域，尤其涉及一种新型差分放大电路的信号匹配电路。
背景技术
在进行高精度AD转换时，AD转换器的输入需要带直流偏置电平的差分信号，而前端信号调理电路往往是0偏置的单端信号，因此需要使用差分放大电路将0偏置的单端信号转换成带直流偏置电平的差分信号。差分放大电路需要使用电阻作为反馈，而且需要同相端和反相端的电阻大小一致，否则信号会出现不匹配的情况。在以前的技术中，需要使用高精度电阻进行匹配，这样的弊端就是电阻在使用过程中随着温度和时间的变化会出现失配，此时通过技术手段可以检测到电阻失配，但却无法修正，最终导致精度下降。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在解决上述问题，从而提供一种新型差分放大电路的信号匹配电路。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种新型差分放大电路的信号匹配电路。该电路包括:开关单元、AD采样单元、单端转差分放大电路、数字电位器和处理器；
所述开关单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，用以根据处理器的控制指令将待测信号或校准信号输入至单端转差分放大电路；
所述AD采样单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，用以采集单端转差分放大电路同相输出端电压和反相输出端电压，并发送至所述处理器；
所述单端转差分放大电路与所述数字电位器相连，用以将单端信号转换成带直流偏置电平的差分信号；
所述数字电位器与所述处理器相连，用以根据处理器的控制指令实现不同阻值接入单端转差分放大电路同相端的反馈电阻网络及反相端的反馈电阻网络；
所述处理器，用以控制开关单元的通断，实现待测信号或校准信号输入单端转差分放大电路，及根据AD采样单元采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路同相端的反馈电阻网络与反相端的反馈电阻网络电阻值相等。
进一步地，所述单端转差分放大电路的同相端反馈电阻网络和反相端反馈电阻网络中的各反馈电阻分别与数字电位器中各可变电阻对应并联。
进一步地，所述开关单元采用ISL43L210双路模拟开关。
进一步地，所述处理器采用单片机STM32F103ZFT。
进一步地，所述AD采样单元采用ADS1278芯片。
进一步地，所述数字电位器采用AD5254芯片。
本实用新型提出的新型差分放大电路的信号匹配电路，通过输入校准信号至单端转差分放大电路，由处理器根据AD采样单元采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路同相端的反馈电阻网络与反相端的反馈电阻网络电阻值相等，实现电阻精准匹配，从而提高差分放大电路精度。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种新型差分放大电路的信号匹配电路的原理框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种新型差分放大电路的信号匹配电路的电路图；
图3为本实用新型实施例提供的一种新型差分放大电路的信号匹配电路的AD采样电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。
图1为本实用新型实施例提供的一种新型差分放大电路的信号匹配电路的原理框图。
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种新型差分放大电路的信号匹配电路包括: 开关单元1、AD采样单元2、单端转差分放大电路3、数字电位器4和处理器5。开关单元1与单端转差分放大电路3和处理器5相连，AD采样单元2与单端转差分放大电路3 和处理器5相连，单端转差分放大电路3与数字电位器4相连，数字电位器4与处理器5相连。
开关单元1主要负责根据处理器5的控制指令将待测信号或校准信号输入至单端转差分放大电路3，本实施例中的校准信号可以为正弦波信号产生器产生的固定值正弦波信号，待测信号为水声采集信号，由于实现两路的信号输入，因此，本实施例中的开关单元可采用双路模拟开关，如ISL43L210模拟开关。
AD采样单元2主要负责采集单端转差分放大电路3同相输出端电压和反相输出端电压，并发送至处理器5。
单端转差分放大电路3主要负责将单端信号转换成带直流偏置电平的差分信号。单端转差分放大电路3包括运算放大器和与其连接的同相端反馈电阻网络和反相端反馈电阻网络。同相端反馈电阻网络和反相端反馈电阻网络中的各反馈电阻分别与数字电位器 4中各可变电阻对应并联。
数字电位器4主要负责根据处理器的控制指令实现不同阻值接入单端转差分放大电路同相端反馈电阻网络及反相端反馈电阻网络。本实施例中的数字电位器采用多通道非易失性的数字电位器来进行精确匹配，同时考虑到单端转差分放大电路3的驱动能力、反馈电阻连接方式和调整精度，选择可调电阻范围为0-50k/256阶的数字电位器，如AD5234，此芯片基于I2C总线控制，带写保护功能；同时是非易失性的，当前匹配值可以保持直至下一次校准匹配。
处理器5主要负责控制开关单元1的通断，实现待测信号或校准信号输入单端转差分放大电路3，及根据AD采样单元2采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器4的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路3同相端反馈电阻网络与反相端反馈电阻网络电阻值相等。
具体实施时，开关单元采用ISL43L210双路模拟开关，处理器采用单片机STM32F103ZFT，AD采样单元采用ADS1278芯片，数字电位器采用AD5254芯片，AD采样单元采用ADS1278IPAPR芯片。具体电路图如图2和图3所示。
如图2和图3所示，处理器U4B的TX端69和RX端70分别与数字电位器U1E的SCL 端和SDA端连接，处理器U4B的SD端76与双路模拟开关U3的IN端1连接，校准信号由双路模拟开关U3的NO端接入，待测信号由双路模拟开关U3的NC端连接，U3的COM 端与电阻R6一端连接，电阻R6另一端与电阻R5一端和运算放大器U2的同相输入端连接，电阻R5另一端与反相输出端连接。运算放大器U2的反相输入端与电阻R2和电阻 R1一端连接，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端与运算放大器U2的同相输出端连接。运算放大器U2的反相电压输出端OUT-和同相电压输出端OUT+分别与ADS1278IPAPR芯片U11的AINP1端和AINN1端连接。运算放大器U2的VCOM端与ADS1278IPAPR芯片U11 的VCOM端连接。ADS1278IPAPR芯片U11的DOUT1与134管脚连接,ADS1278IPAPR芯片 U11的CLK端和SCLK端与处理器U4B的133管脚连接,ADS1278IPAPR芯片U11的
与处理器U4B的135管脚连接，ADS1278IPAPR芯片U11的
与处理器 U4B的136管脚连接。
运算放大器U2电阻R6与电阻R5构成同相端反馈电阻网络，电阻R2和电阻R1构成反相端反馈电阻网络。电阻R2、R1、R6和R5分别与数字电位器U1A、U1B、U1C和U1D 并联。数字电位器U1E是数字电位器AD5254的供电和地址分配，U1A、U1B、U1C和U1D 是数字电位器AD5254的4路可变电阻。
当输入校准信号时，AD采样单元2将采集的VOUT+和VOUT-发送至处理器，处理器接收并判断VOUT+和VOUT-是否相等，若相等，则代表电路正常，则控制开关单元接通待测信号，进行待测信号的测量。
若不相等，且VOUT+大于VOUT-时，说明图中差分放大电路的(R1//U1B)/ (R2//U1A)的比值大于(R5//U1D)/(R6//U1C)的比值，出现了匹配失调。处理器根据当前并联值和U1A至U1D的当前值，来计算U1A至U1D应该取值，即把U1A至U1D 的各种取值都代入公式(R1//U1B)/(R2//U1A)＝(R5//U1D)/(R6//U1C)，得出满足公式的U1A或U1B或U1C或U1D的电阻值，并发送至U1E,U1E根据得出的值对应调整U1A或U1B或U1C或U1D的电阻。
若调整U1B，则使其与R1并联的阻值下降；若调整U1A，则使其与R2并联的阻值上升；若调整U1D，使其与R5并联的阻值上升；若调整U1C，则使其与R6并联的阻值下降。
若不相等，且VOUT+小于VOUT-时，说明图中差分放大电路的(R1//U1B)/ (R2//U1A)的比值小于(R5//U1D)/(R6//U1C)的比值，出现了匹配失调。处理器根据当前并联值和U1A至U1D的当前值，来计算U1A至U1D应该取值，即把U1A至U1D 的各种取值都代入公式(R1//U1B)/(R2//U1A)＝(R5//U1D)/(R6//U1C)，得出满足公式的U1A或U1B或U1C或U1D的电阻值，并发送至U1E,U1E根据得出的值对应调整U1A或U1B或U1C或U1D的电阻。
若调整U1B，则使其与R1并联的阻值上升；若调整U1A，则使其与R2并联的阻值下降；若调整U1D，则使其与R5并联的阻值下降；若调整U1C，则使其与R6并联的阻值上升。
综上，本实用新型提出的新型差分放大电路的信号匹配电路，通过输入校准信号至单端转差分放大电路，由处理器根据AD采样单元采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路同相端的反馈电阻网络与反相端的反馈电阻网络电阻值相等，实现电阻精准匹配，从而提高差分放大电路精度。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，包括:开关单元、AD采样单元、单端转差分放大电路、数字电位器和处理器；
所述开关单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，用以根据处理器的控制指令将待测信号或校准信号输入至单端转差分放大电路；
所述AD采样单元与所述单端转差分放大电路和所述处理器相连，用以采集单端转差分放大电路同相输出端电压和反相输出端电压，并发送至所述处理器；
所述单端转差分放大电路与所述数字电位器相连，用以将单端信号转换成带直流偏置电平的差分信号；
所述数字电位器与所述处理器相连，用以根据处理器的控制指令实现不同阻值接入单端转差分放大电路同相端反馈电阻网络及反相端反馈电阻网络；
所述处理器，用以控制开关单元的通断，实现待测信号或校准信号输入单端转差分放大电路，及根据AD采样单元采集的单端转差分放大电路的同相输出端电压和反相输出端电压调节数字电位器的可变电阻阻值，以使单端转差分放大电路同相端反馈电阻网络与反相端反馈电阻网络电阻值相等。
2.根据权利要求1所述的一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，所述单端转差分放大电路的同相端反馈电阻网络和反相端反馈电阻网络中的各反馈电阻分别与数字电位器中各可变电阻对应并联。
3.根据权利要求1所述的一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，所述开关单元采用ISL43L210双路模拟开关。
4.根据权利要求1所述的一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，所述处理器采用单片机STM32F103ZFT。
5.根据权利要求1所述的一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，所述AD采样单元采用ADS1278芯片。
6.根据权利要求1所述的一种新型差分放大电路的信号匹配电路，其特征在于，所述数字电位器采用AD5254芯片。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113054933A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-29 | 国网陕西省电力公司西安供电公司 | 一种基于可变差分和匹配电阻的电压差分采样电路 |
| CN113515160A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-10-19 | 上海安路信息科技股份有限公司 | 校准电路 |
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