CN216904871U - 一种光电转换和信号调理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光电转换和信号调理系统，包括有能够调节灵敏度的光电转换电路，所述光电转换电路的输出端电连接有用于将电流信号转换成电压信号的前置放大电路，所述前置放大电路的输出端电连接有用于将电压信号转换成差分信号的差分放大电路，所述差分放大电路输出端连接有ADC芯片。本实用新型能够依据光线强度调节光电转换电路其导通阀值，提高系统的适用性的同时，生成适用于ADC芯片接收的信号，提高ADC芯片的接收效率。

Description

一种光电转换和信号调理系统

技术领域

本实用新型涉及光电转换和信号调理技术领域，具体涉及一种光电转换和信号调理系统。

背景技术

将光的模拟信号转换成可远距离传输的数字信号，通常使用光电转换电路，光的亮度满足pd的灵敏度值后，光电转换电路导通，将光信号转换为电信号(模拟信号)，在由ADC芯片将模拟信号转换成数字信号，但在使在实际使用中，光线强度受环境和设备自身性能的影响，影响光电转换电路的灵敏度，且常规使用的用于信号转换的ADC芯片只接收电压不小于零的电压信号。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种光电转换和信号调理系统，能够依据光线强度调节光电转换电路其导通阀值，提高系统的适用性的同时，生成适用于ADC芯片接收的信号，提高ADC芯片的接收效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种光电转换和信号调理系统，包括有能够调节灵敏度的光电转换电路，所述光电转换电路的输出端电连接有用于将电流信号转换成电压信号的前置放大电路，所述前置放大电路的输出端电连接有用于将单端电压信号转换成差分信号的差分放大电路，所述差分放大电路输出端连接有ADC芯片。

进一步的，所述差分放大电路包括有U5放大器，所述U5正输入端口电接R13电阻后接入前置放大电路的输出端口，所述U5正输入端口与U5负输出端口之间串接有R14电阻；

U5负输入端口串接R35电阻后接入COM1电压，所述U5负输入端口串接R36电阻后接入U5正输出端口，所述U5正输出端口和U5负输出端口共同连接滤波电路后输出差分电压。

进一步的，所述滤波电路包括有与U5负输出端口连接的R23电阻和与U5正输出端口连接的R28电阻，所述R23电阻与R28电阻输出端之间串接有C30电容。

进一步的，所述COM1电压连接有U5放大器的VCM引脚。

进一步的，所述U5放大器的型号为LMH6551。

进一步的，所述光电转换电路包括有U7运算放大器，U7输出端口依次串接有R19电阻和PD1光敏二极管的输入端，REF基准电压串接R24可变电阻后接入和U7负输入端口，U7负输出端口与U7输出端口之间串接有R25可变电阻。

进一步的，所述PD1光敏二极管与R19电阻之间并接有用于滤波的C32电容和C31电容一端，所述C32电容和C31电容一端另一端接地设置。

进一步的，所述前置放大电路包括有U3放大器，U3负输入端口电接光电转换电路的输出端，所述U3负输入端口与U3输出端口之间分别并接有R10电阻和C22电容。

进一步的，所述U3放大器的型号为OPA657。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)通过光电转换电路将光信号转换为电流信号，光电转换电路内的U7负输入端口接有R24可变电阻，U7负输出端口与U7输出端口之间串接有R25可变电阻，通过调节R24可变电阻和R25可变电阻的阻值，控制光电转换电路的导通所需要的pd灵敏度，依据光线强度调节光电转换电路其导通阀值，提高系统的适用性。

(2)光电转换电路将光信号转换成电信号，将电信号由前置放大电路转换成电压信号，为提高信噪比，将单端的电压信号经差分放大电路处理，差分放大电路包括有U5放大器，U5负输入端口串接R35电阻后接入COM1电压，同时COM1电压连接有U5放大器的VCM引脚，使U5放大器的正负输出端分别输出不低于零的差分信号，便于将信号输入ADC芯片，提高ADC芯片的接收效率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的一种光电转换和信号调理系统的系统图；

图2是本实用新型的一种光电转换和信号调理系统的电转换电路图；

图3是本实用新型的一种光电转换和信号调理系统的前置放大电路图；

图4是本实用新型的一种光电转换和信号调理系统的差分放大电路图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型提供一种光电转换和信号调理系统，如图1至图4所示，包括有能够调节灵敏度的光电转换电路，光电转换电路用于将光信号转换成电信号进行传输。实用中，光线的强度受环境和设备自身性能的影响(设备长时间实用出现老化，光强减弱)。

如图2所示，光电转换电路包括有U7运算放大器，U7正输入端口接地设置，U7负输入端口接有R24可变电阻一端，R24可变电阻另一端电接有REF基准电压，同时U7负输入端口与U7输出端口之间串接有R25可变电阻，可通过调节R24可变电阻和R25可变电阻的比值，控制U7输出端口的电流值。U7输出端口依次串接有R19电阻和PD1光敏二极管的输入端，当光照射到PD1光敏二极管上，PD1光敏二极管的阻值降低，光电转换电路导通，将光信号转换成电流信号。

通过控制R24可变电阻和R25可变电阻的比值，可改变U7输出端口的电流值，进而控制PD1光敏二极管的pd的灵敏度，使光电转换电路在不同的光照强度下都能正常工作，且不影响其灵敏度。当发光设备出现老化，可通过调节R24可变电阻和R25可变电阻的比值，提高其灵敏度，保证光电转换电路的工作性能。

PD1光敏二极管与R19电阻之间并接有用于滤波的C32电容和C31电容的一端，C32电容和C31电容的另一端接地设置，C32电容和C31电容共同滤除U7输出端口输出的杂乱电流，避免PD1光敏二极管误导通，影响信号转换的准确性。

光电转换电路的输出端电连接有用于将电流信号转换成电压信号的前置放大电路，如图3所示，前置放大电路包括有U3放大器，优选的，U3放大器的型号为OPA657。该型号的芯片具有高阻抗、JFET输入型运放，噪声小，动态响应快的优点。

U3负输入端口电接光电转换电路的输出端(接收电流信号)，U3负输入端口与U3输出端口之间分别并接有R10电阻和C22电容，R10电阻和C22电容用于滤除低频进而直流电，导通交流高频的电信号。同时U3正输入端口接地设置，依据放大器的工作原理，将电流信号转换成单端的电压信号，并进行放大处理后由U3输出端口输出。

为提高电压信号的信噪比，前置放大电路的输出端电连接差分放大电路，差分放大电路用于将单端电压信号转换成电压值都不低于零的差分信号，将差分信号输入ADC芯片，ADC芯片将模拟信号转换成数字信号，便于远距离传输。

如图4所示，差分放大电路包括有U5放大器，优选的，U5放大器的型号为LMH6551。U5正输入端口电接R13电阻后接入前置放大电路的输出端，U5正输入端口与U5负输出端口之间串接有R14电阻，U5负输出端口输出Vout-低压信号。

同时U5负输入端口串接R35电阻后接入COM1电压，COM1电压做为单端电压信号的差动参考电压，U5负输入端口串接R36电阻后接入U5正输出端口。U5正输出端口输出Vout+高压信号。

差分放大电路工作时，使R13电阻＝R35电阻，R14电阻＝R36电阻，同时COM1电压还连接有U5放大器的VCM引脚，用作U5正输出端口和U5负输出端口的共模电压。使得Vout+高压信号＝COM1+((单端电压信号-COM1)/2)，Vout-低压信号＝COM1-((单端电压信号-COM1)/2)。当COM1电压足够大，即可保证Vout-低压信号和Vout+高压信号都为正值。因为ADC芯片引脚不接收小于零的信号，可保证ADC芯片其信号的接收效率。

U5正输出端口和U5负输出端口共同连接有滤波电路，滤波电路用于滤除Vout-低压信号和Vout+高压信号内的杂波。滤波电路包括有与U5负输出端口连接的R23电阻，R23电阻的输出端并接C30电容一端后输出Vout-低压信号，U5正输出端口连接的R28电阻，R28电阻输出端并接C30电容另一端后输出Vout+高压信号。

本实用新型的工作原理和工作过程如下：

根据光照的强度，调节R24可变电阻和R25可变电阻的比值，光照射在光电转换电路内的PD1光敏二极管上，PD1光敏二极管阻值降低，光电转换电路导通，将光信号转换成电流信号，

电流信号输入前置放大电路，前置放大电路将电流信号转换成电压信号，并进行放大处理，生成单端电压信号，单端电压信号输入差分放大电路，差分放大电路对单端电压信号进行二次放大处理，由U5负输出端口输出Vout-低压信号，同时在U5负输入端口串接R35电阻后接入COM1电压(差动参考电压)，在由U5正输出端口输出Vout+高压信号，Vout+高压信号和Vout-低压信号经过滤波电路滤波后，输入ADC芯片。

因为ADC芯片的引脚只接收不低于零的电压信号，因此将COM1电压连接到U5放大器的VCM引脚，用作U5正输出端口和U5负输出端口的共模电压，使得Vout+高压信号和Vout-低压信号的电压均不低于零，保证ADC芯片信号接收的效率。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，包括有能够调节灵敏度的光电转换电路，所述光电转换电路的输出端电连接有用于将电流信号转换成电压信号的前置放大电路，所述前置放大电路的输出端电连接有用于将电压信号转换成差分信号的差分放大电路，所述差分放大电路输出端连接有ADC芯片。

2.根据权利要求1所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述差分放大电路包括有U5放大器，U5正输入端口电接有R13电阻后接入前置放大电路的输出端，U5正输入端口与U5负输出端口之间串接有R14电阻；

U5负输入端口串接有R35电阻后接有COM1电压，所述U5负输入端口串接R36电阻后接入U5正输出端口，所述U5正输出端口和U5负输出端口共同连接滤波电路后输出差分信号。

3.根据权利要求2所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述滤波电路包括有与U5负输出端口连接的R23电阻和与U5正输出端口连接的R28电阻，所述R23电阻和R28电阻1输出端之间串接有C30电容。

4.根据权利要求2所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述COM1电压连接有U5放大器的VCM引脚。

5.根据权利要求2所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述U5放大器的型号为LMH6551。

6.根据权利要求1所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述光电转换电路包括有U7运算放大器，U7输出端口依次串接有R19电阻和PD1光敏二极管的输入端，REF基准电压串接R24可变电阻后接入U7负输入端口，U7负输入端口与U7输出端口之间串接有R25可变电阻。

7.根据权利要求6所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述PD1光敏二极管与R19电阻之间并接有用于滤波的C32电容和C31电容一端，所述C32电容和C31电容另一端接地设置。

8.根据权利要求1所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述前置放大电路包括有U3放大器，U3负输入端口电接光电转换电路的输出端，所述U3负输入端口与U3输出端口之间分别并接有R10电阻和C22电容。

9.根据权利要求8所述的一种光电转换和信号调理系统，其特征在于，所述U3放大器的型号为OPA657。

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