CN215956371U - 模拟量采样调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种模拟量采样调理电路，包括输入端子、模拟量采样单元、信号放大单元、有源滤波单元以及输出端子；所述模拟量采样单元通过所述输入端子电性连接待采样线路，并将来自待采样线路的信号转换为电压信号后输出；所述信号放大单元的输入端与所述模拟量采样单元的输出端电性连接，并将来自模拟量采样单元的电压信号放大后输出；所述有源滤波单元的输入端与所述信号放大单元的输出端电性连接，并将来自所述信号放大单元的输出做二阶滤波处理后，通过所述输出端子输出，且所述有源滤波单元包括增益配置子单元，并通过所述增益配置子单元调整放大增益。本实用新型可减少一级运放，降低成本。

Description

模拟量采样调理电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，更具体地说，涉及一种模拟量采样调理电路。

背景技术

近年来，随着实时监控、曲线显示、自动故障诊断等新技术的发展，模拟量采样技术提高到了一个崭新的水平。模拟量采样是指将电压、电流、温度等模拟量进行调理，使其能够满足处理器的电平要求，从而处理器可对这些模拟量进行处理、分析计算以及存储等。

然而，需要处理模拟量种类、规格越来越多，在将模拟量调理成处理器可接受的电压范围(0～3V)时，需要多级运放调理，电路精度差、成本高。

实用新型内容

本实用新型提供一种模拟量采样调理电路，以解决现有模拟量调理需要多级运放调理，电路精度差、成本高的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种模拟量采样调理电路，包括输入端子、模拟量采样单元、信号放大单元、有源滤波单元以及输出端子；

所述模拟量采样单元通过所述输入端子电性连接待采样线路，并将来自待采样线路的信号转换为电压信号后输出；所述信号放大单元的输入端与所述模拟量采样单元的输出端电性连接，并将来自模拟量采样单元的电压信号放大后输出；所述有源滤波单元的输入端与所述信号放大单元的输出端电性连接，并将来自所述信号放大单元的输出做二阶滤波处理后，通过所述输出端子输出，且所述有源滤波单元包括增益配置子单元，并通过所述增益配置子单元调整放大增益。

作为本实用新型的进一步改进，所述有源滤波单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与所述信号放大单元的输出端电性连接，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端分别与所述增益配置子单元电性连接，且所述第一运算放大器的输出端构成所述有源滤波单元的输出端。

作为本实用新型的进一步改进，所述增益配置子单元包括第一支路切换开关以及至少两个具有不同配置参数的增益配置支路；

所述第一支路切换开关包括至少两个动端和一个不动端，且所述至少两个动端分别电性连接至少两个增益配置支路的输出端，所述不动端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和输出端电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，每一所述增益配置支路分别包括用于调节配置参数的参数调节电阻，且不同增益配置支路中的参数调节电阻的阻值不同。

作为本实用新型的进一步改进，所述增益配置子单元包括第一偏置子单元，所述第一偏置子单元包括第二支路切换开关，且所述第二支路切换开关的两个动端分别连接电压源与参考地，所述第二支路切换开关的不动端分别电性连接至少两个增益配置支路的输入端。

作为本实用新型的进一步改进，所述增益配置子单元包括至少两个具有不同配置参数的增益配置支路，且至少一个所述增益配置支路包括第一零欧电阻。

作为本实用新型的进一步改进，所述模拟量采样调理电路包括输出滤波单元，所述有源滤波单元的输出端经由所述输出滤波单元与所述输出端子电性连接；

所述输出滤波单元包括第一滤波电阻、第一滤波电容以及第一电压箝位器件，且所述第一滤波电阻的两端分别与所述有源滤波单元的输出端和所述输出端子电性连接，所述第一滤波电容连接在所述输出端子与参考地之间，所述第一电压箝位器件与所述输出端子电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述模拟量采样单元的输出端包括两个电压端子；所述信号放大单元包括第二运算放大器和第二偏置子单元；

所述第二运算放大器的正相输入端和反相输入端分别与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接；

所述第二偏置子单元包括串联连接在电压源与参考地之间的两个第三零欧电阻，且两个第三零欧电阻的连接点电性连接后与所述第二运算放大器的正相输入端电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述模拟量采样调理电路包括EMC保护子单元，所述第二运算放大器的正相输入端和反相输入端分别经由所述EMC保护子单元与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接，并由所述EMC保护子单元抑制所述模拟量采样单元输出的电压信号中的干扰。

作为本实用新型的进一步改进，所述EMC保护子单元包括第一磁珠、第二磁珠、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；

所述第二运算放大器的正相输入端依次经由第一限流电阻和第一磁珠与所述模拟量采样单元的一个电压端子电性连接，且所述第一磁珠和第一限流电阻的连接点构成第一电位点；

所述第二运算放大器的反相输入端依次经由第二限流电阻和第二磁珠与所述模拟量采样单元的另一个电压端子电性连接，且所述第二磁珠和第二限流电阻的连接点构成第二电位点；

所述第二电容的两端分别与第一电位点和第二电位点电性连接，所述第一电容的两端分别与第一电位点和参考地电性连接，所述第三电容的两端分别与第二电位点和参考地电性连接，所述第四电容的两端分别与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接。

本实用新型具有以下有益效果：通过将二阶有源滤波与增益配置相结合，不仅可减少一级运放，降低成本，而且可提高电路精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路中有源滤波单元的电路拓扑图；

图3是本实用新型另一实施例提供的模拟量采样调理电路中有源滤波单元的电路拓扑图；

图4是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路中输出滤波单元的电路拓扑图；

图5是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路中信号放大单元的电路拓扑图；

图6是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路中模拟量采样单元的电路拓扑图。

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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的模拟量采样调理电路的示意图，该模拟量采样调理电路可对相关电气设备中的电压、电流、温度等模拟量进行采样和调理。本实施例的模拟量采样调理电路包括输入端子、模拟量采样单元11、信号放大单元12、有源滤波单元13以及输出端子，且上述模拟量采样单元11、信号放大单元12和有源滤波单元13分别由多个电子元件按照对应的拓扑结构组合而成，并串联连接在输入端子和输出端子之间。

具体地，模拟量采样单元11通过输入端子电性连接待采样线路，并将来自待采样线路的模拟量信号(例如电流信号等)转换为电压信号后输出；信号放大单元12的输入端与模拟量采样单元11的输出端电性连接，并将来自模拟量采样单元11的电压信号放大后输出；有源滤波单元13的输入端与信号放大单元12的输出端电性连接，并将来自信号放大单元12的输出(即放大后的电压信号)做二阶滤波处理后，通过输出端子输出。在本实施例中，有源滤波单元13包括增益配置子单元，并通过增益配置子单元调整放大增益。

上述模拟量采样调理电路，通过将二阶有源滤波与增益配置集成到有源滤波单元13，不仅可减少一级运放，降低成本，而且可提高电路精度。

结合图2所示，在本实用新型的一个实施例中，上述模拟量采样调理电路中的有源滤波单元13包括第一运算放大器U1，该第一运算放大器U1的正相输入端经由电阻R8、R9，电容C2、C3与信号放大单元12的输出端电性连接，并组成二阶有源滤波电路，可对来自信号放大单元12信号进行二阶有源滤波处理。该第一运算放大器U1的反相输入端和输出端分别与增益配置子单元电性连接，从而实现放大增益调整，且第一运算放大器U1的输出端构成有源滤波单元13的输出端。

通过将有源滤波单元13的第一运算放大器U1的反相输入端与增益配置子单元电性连接，可调整第一运算放大器U1放大增益，从而可减少一级运放。

具体地，上述增益配置子单元包括第一支路切换开关K1以及至少两个具有不同配置参数的增益配置支路。其中第一支路切换开关K1包括至少两个动端和一个不动端，且至少两个动端分别电性连接至少两个增益配置电路的输出端，不动端分别与第一运算放大器U1的反相输入端和输出端电性连接。

例如，在图2的实施例中，增益配置子单元可包括两个增益配置支路，相应地，第一支路切换开关K1包括两个动端a1、b1和一个不动端c1，且其中一个增益配置支路的输出端与动端a1电性连接，另一增益配置支路的输出端则与动端b1电性连接；不动端c1直接与第一运算放大器U1的反相输入端电性连接，且不动端c1还经由电阻R3与第一运算放大器U1的输出端电性连接，电阻R3的两端还可并联一个电容C1。第一支路切换开关K1通过控制不动端c1与动端a1或动端b1连接，实现增益切换。

相应地，两个增益配置支路分别包括用于调节配置参数的参数调节电阻R1、R2，且不同增益配置电路中的参数调节电阻R1、R2的阻值不同。通过调整参数调节电阻R1、R2以及电阻R3的阻值，可实现灵活的增益配置。

在本实用新型的一个实施例中，增益配置子单元还可包括第一偏置子单元，该第一偏置子单元包括第二支路切换开关K2，该第二支路切换开关K2包括两个动端a2、b2和一个不动端c2，且该第二支路切换开关K2的两个动端a2、b2分别连接电压源VREF和参考地、不动端c2则分别电性连接至少两个增益配置支路的输入端。第二支路切换开关K2通过控制不动端c2与动端a2或动端b2连接，实现增益切换。

结合图3所示，在本实用新型的另一实施例中，增益配置子单元包括至少两个具有不同配置参数的增益配置支路，且每一增益配置支路包括第一零欧电阻R4、R5(在实际应用中，也可仅在一个增益配置支路中设置第一零欧电阻)。针对不同应用，可通过替换第一零欧电阻，代替第一支路切换开关K1进行增益切换。

类似地，第一偏置子单元中的第二支路切换开关K2也可由第二零欧电阻R6或R7代替，并代替第二支路切换开关K2进行增益切换。两个第二零欧电阻R6、R7串联连接在电压源VREF与参考地之间，增益配置支路的输入端与两个第二零欧电阻R6、R7的连接点电性连接。针对不同应用，可通过替换第二零欧电阻R6、R7，实现偏置电压的切入。在实际应用中，也可仅设置一个第二零欧电阻，例如仅在增益配置支路的输入端与电压源VREF之间设置第二零欧电阻R7，或仅在增益配置支路的输入端与参考地之间设置第二零欧电阻R6。

结合图4所示，在本实用新型的一个实施例中，上述模拟量采样调理电路还包括输出滤波单元，有源滤波单元13的输出端经由输出滤波单元与输出端子OUT电性连接。

具体地，输出滤波单元包括第一滤波电阻R10、第一滤波电容C5以及第一电压箝位器件V1，且第一滤波电阻R10的两端分别与有源滤波单元13的输出端(例如第一运算放大器U1的输出端)和输出端子OUT电性连接，第一滤波电容C5连接在输出端子OUT与参考地GND之间，第一电压箝位器件V1与输出端子OUT电性连接。这样，第一滤波电阻R10和第一滤波电容C5组成RC滤波电路，为有源滤波单元13的输出滤波，第一电压箝位器件V1则可将输出到输出端子OUT的电压箝位到预设电压(例如+3.3V)，保证输出到处理器的电压满足处理器的电压输入要求。

结合图5所示，在本实用新型的一个实施例中，信号放大单元12采用差分放大方式实现模拟量采样单元11的输出电压的放大。

具体地，模拟量采样单元11的输出端包括两个电压端子，信号放大单元12包括第二运算放大器U2和第二偏置子单元，其中第二运算放大器U2的正相输入端和反相输入端分别与模拟量采样单元11的两个电压端子电性连接，且第二运算放大器U2的反相输入端经由电阻R19与输出端电性连接。第二偏置子单元包括两个第三零欧电阻R11、R12，且两个第三零欧电阻R11、R12串联连接在电压源VREF与参考地之间，第二运算放大器U1的正相输入端经由电阻R13与两个第三零欧电阻R11、R12的链接点电性连接，从而可为差分输入切入偏置电压。此外，电阻R13两端还可并联连接电容C6，电阻R19两端可并联连接电容C11，从而滤除高频干扰。信号放大单元12的电路拓扑是本领域的惯用技术，在此不在赘述。

结合图6所示，在本实用新型的一个实施例中，模拟量采样单元11包括多个并联连接的采样电阻R16～R19，并通过该多个采样电阻R16～R19实现电压转换。当然，在实际应用中，模拟量采样单元11还可通过其他现有电路实现电压转换。

并且，为抑制噪声、EFT等干扰，模拟量采样单元11还可包括EMC保护子单元，且第二运算放大器U2的正相输入端和反相输入端分别经由EMC保护子单元与模拟量采样单元11的两个电压端子电性连接，并由EMC保护子单元抑制模拟量采样单元11输出的电压信号中的干扰。

具体地，EMC保护子单元包括第一磁珠L1、第二磁珠L2、第一电容C13、第二电容C14、第三电容C15、第四电容C16、第二箝位器件V2以及第三箝位器件V3。

其中，第二运算放大器U2的正相输入端依次经由第一限流电阻R21和第一磁珠L1与模拟量采样单元11的一个电压端子电性连接，第二箝位器件V2与第二运算放大器U2的正相输入端电性连接，且第一磁珠L1和第一限流电阻R21的连接点构成第一电位点；第二运算放大器U2的反相输入端依次经由第二限流电阻R22和第二磁珠L2与模拟量采样单元11的另一个电压端子电性连接，第三箝位器件V3与第二运算放大器U2的反相输入端电性连接，且第二磁珠L2和第二限流电阻R22的连接点构成第二电位点；第二电容C14的两端分别与第一电位点和第二电位点电性连接，第一电容C13的两端分别与第一电位点和参考地电性连接，第三电容C15的两端分别与第二电位点和参考地电性连接，第四电容C16则与模拟量采样单元11的两个电压端子电性连接(即与采样电阻R16～R19并联连接)。

上述第二箝位器件V2和第三箝位器件V3可箝位模拟量采样单元11的输出电压，防止第二运算放大器U2输入过压。第一限流电阻R21、第二限流电阻R22器限流则可实现限流，防止流入第二箝位器件V2和第三箝位器件V3的电流过大而失效。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟量采样调理电路，其特征在于，包括输入端子、模拟量采样单元、信号放大单元、有源滤波单元以及输出端子；

所述模拟量采样单元通过所述输入端子电性连接待采样线路，并将来自待采样线路的信号转换为电压信号后输出；所述信号放大单元的输入端与所述模拟量采样单元的输出端电性连接，并将来自模拟量采样单元的电压信号放大后输出；所述有源滤波单元的输入端与所述信号放大单元的输出端电性连接，并将来自所述信号放大单元的输出做二阶滤波处理后，通过所述输出端子输出，且所述有源滤波单元包括增益配置子单元，并通过所述增益配置子单元调整放大增益。

2.根据权利要求1所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述有源滤波单元包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与所述信号放大单元的输出端电性连接，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端分别与所述增益配置子单元电性连接，且所述第一运算放大器的输出端构成所述有源滤波单元的输出端。

3.根据权利要求2所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述增益配置子单元包括第一支路切换开关以及至少两个具有不同配置参数的增益配置支路；

所述第一支路切换开关包括至少两个动端和一个不动端，且所述至少两个动端分别电性连接至少两个增益配置支路的输出端，所述不动端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和输出端电性连接。

4.根据权利要求3所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，每一所述增益配置支路分别包括用于调节配置参数的参数调节电阻，且不同增益配置支路中的参数调节电阻的阻值不同。

5.根据权利要求3所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述增益配置子单元包括第一偏置子单元，所述第一偏置子单元包括第二支路切换开关，且所述第二支路切换开关的两个动端分别连接电压源与参考地，所述第二支路切换开关的不动端分别电性连接至少两个增益配置支路的输入端。

6.根据权利要求2所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述增益配置子单元包括至少两个具有不同配置参数的增益配置支路，且至少一个所述增益配置支路包括第一零欧电阻。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述模拟量采样调理电路包括输出滤波单元，所述有源滤波单元的输出端经由所述输出滤波单元与所述输出端子电性连接；

所述输出滤波单元包括第一滤波电阻、第一滤波电容以及第一电压箝位器件，且所述第一滤波电阻的两端分别与所述有源滤波单元的输出端和所述输出端子电性连接，所述第一滤波电容连接在所述输出端子与参考地之间，所述第一电压箝位器件与所述输出端子电性连接。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述模拟量采样单元的输出端包括两个电压端子；所述信号放大单元包括第二运算放大器和第二偏置子单元；

所述第二运算放大器的正相输入端和反相输入端分别与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接；

所述第二偏置子单元包括串联连接在电压源与参考地之间的两个第三零欧电阻，且两个第三零欧电阻的连接点电性连接后与所述第二运算放大器的正相输入端电性连接。

9.根据权利要求8所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述模拟量采样单元包括EMC保护子单元，所述第二运算放大器的正相输入端和反相输入端分别经由所述EMC保护子单元与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接，并由所述EMC保护子单元抑制所述模拟量采样单元输出的电压信号中的干扰。

10.根据权利要求9所述的模拟量采样调理电路，其特征在于，所述EMC保护子单元包括第一磁珠、第二磁珠、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；

所述第二运算放大器的正相输入端依次经由第一限流电阻和第一磁珠与所述模拟量采样单元的一个电压端子电性连接，且所述第一磁珠和第一限流电阻的连接点构成第一电位点；

所述第二运算放大器的反相输入端依次经由第二限流电阻和第二磁珠与所述模拟量采样单元的另一个电压端子电性连接，且所述第二磁珠和第二限流电阻的连接点构成第二电位点；

所述第二电容的两端分别与第一电位点和第二电位点电性连接，所述第一电容的两端分别与第一电位点和参考地电性连接，所述第三电容的两端分别与第二电位点和参考地电性连接，所述第四电容的两端分别与所述模拟量采样单元的两个电压端子电性连接。

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