CN217388685U - 一种模拟信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种模拟信号采集电路，包括第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、第一缓冲放大单元、第二缓冲放大单元、模数转换单元、基准电压单元和输出单元；第一滤波单元连接正模拟输入端，输出端连接第一缓冲放大单元，第一缓冲放大单元连接第三滤波单元；第二滤波单元连接负模拟输入端，输出端连接第二缓冲放大单元，第二缓冲放大单元的输出端连接第三滤波单元；第三滤波单元的输出端连接模数转换单元的输入端，模数转换单元的输出端连接输出单元，基准电压单元的输出端连接模数转换单元的基准电压输入端。本公开可有效减小电路间的干扰，可减小高阻抗信号测量误差，提高抗干扰能力，进而提高信号检测的精度和准确性。

Description

一种模拟信号采集电路

技术领域

本公开涉及信号采集技术领域，具体涉及一种模拟信号采集电路。

背景技术

在检测传感领域中，如空气质量检测、光电信号检测、加速度计、压电传感器以及生物体信号等高阻抗信号，其输出的模拟信号易受到检测系统输入电阻、输入偏置电流的影响，实际检测系统中还有与信号路径并联的元器件，如电阻、电容的分流，电缆泄漏电流和印刷电路板寄生漏电流等多种因素的影响，导致模拟信号的采集结果不准确。

另一方面，信号源、信号采集电路都很容易产生噪声和受到外部干扰，噪声和干扰的来源包括电源产生的噪声、模拟信号和数字信号地线的干扰、温度产生的干扰、外部的电磁干扰等等，当噪声达到一定的程度，就会淹没本身的信号，导致信号检测的精度和准确性都大大降低。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种模拟信号采集电路。本公开可有效减小电路间的干扰，可减小模拟信号传输过程中的噪声和干扰，同时通过缓冲放大单元起到匹配阻抗的作用，可减小高阻抗信号测量误差，提高抗干扰能力，进而提高信号检测的精度和准确性。

本公开所述的一种模拟信号采集电路，包括第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、第一缓冲放大单元、第二缓冲放大单元、模数转换单元、基准电压单元和输出单元；

所述第一滤波单元的输入端用于连接正模拟输入端，输出端连接所述第一缓冲放大单元的输入端，所述第一缓冲放大单元的输出端连接所述第三滤波单元的输入端；

所述第二滤波单元的输入端用于连接负模拟输入端，输出端连接所述第二缓冲放大单元的输入端，所述第二缓冲放大单元的输出端连接所述第三滤波单元的输入端；

所述第三滤波单元的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述模数转换单元的输出端连接所述输出单元，所述基准电压单元的输出端连接所述模数转换单元的基准电压输入端，用于提供基准电压。

优选地，所述第一滤波单元包括第一电阻、第一电容和第二电容；所述第一缓冲放大单元包括第一放大器、第二电阻和第三电容；所述第一电阻一端用于连接正模拟输入端，另一端连接所述第一放大器的正输入端；所述第一电容一端接入在所述第一电阻与所述第一放大器之间，另一端接地，所述第二电容一端接入在所述第一电阻与所述第一放大器之间，另一端接地；所述第一放大器的负输入端通过所述第二电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的负输入端还通过所述第三电容连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接所述输出单元；

所述第二滤波单元包括第三电阻、第四电容和第五电容；所述第二缓冲放大单元包括第二放大器、第四电阻和第六电容；所述第二电阻一端用于连接负模拟输入端，另一端连接所述第二放大器的正输入端；所述第四电容一端接入在所述第三电阻与所述第二放大器之间，另一端接地，所述第五电容一端接入在所述第三电阻与所述第二放大器之间，另一端接地；所述第二放大器的负输入端通过所述第四电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的负输入端通过所述第六电容连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的输出端连接所述输出单元。

优选地，所述第三滤波单元包括第五电阻、第六电阻、第七电容、第八电容和第九电容，所述第五电阻一端连接所述第一放大器的输出端，另一端连接所述模数转换单元，所述第七电容一端接入在所述第一放大器与所述模数转换单元之间，另一端接地；所述第六电阻一端连接所述第二放大器的输出端，另一端连接所述模数转换单元，所述第八电容一端接入在所述第二放大器与所述模数转换单元之间，另一端接地；所述第九电容一端连接所述第五电阻，另一端连接所述第六电阻。

优选地，所述模数转换单元包括ADC模块和数字滤波器，所述ADC模块包括ADC 芯片，所述ADC芯片的输入端连接所述第三滤波单元，输出端连接所述数字滤波器的输入端，所述数字滤波器的输出端连接所述输出单元。

优选地，所述ADC芯片为LTC2500系列芯片。

优选地，所述基准电压单元包括基准电压芯片，所述基准电压芯片为REF02系列芯片，所述基准电压芯片的电压输出脚连接所述ADC芯片的REF脚。

优选地，所述模数转换单元还包括若干个旁路电容，所述ADC芯片的REF脚串接至少一个所述旁路电容后接地。

优选地，所述输出单元为SPI输出模块。

优选地，所述模拟信号采集电路还包括五个电源模块，五个所述电源模块分别与所述第一放大器、所述第二放大器、所述ADC芯片、所述数字滤波器、所述输出单元电连接用于供电。

优选地，所述电源模块中，用于为所述第一放大器、所述第二放大器供电的电源模块均包括两个稳压器，其中一个所述电源模块的两个所述稳压器分别连接所述第一放大器的正极和负极，另一个所述电源模块的两个所述稳压器分别连接所述第二放大器的正极和负极。

本公开所述的一种模拟信号采集电路，其优点在于：

1、本公开通过第一滤波单元和第二滤波单元分别对正模拟输入信号和负模拟输入信号进行处理，可以减小电路间的干扰；

2、本公开通过第一滤波单元和第二滤波单元分别对正模拟输入信号和负模拟输入信号进行初级滤波，再通过第三滤波单元对缓冲放大后的模拟信号进行二级滤波，可分别减小输入端模拟信号和经缓冲放大后的模拟信号的噪声和干扰，提高信号检测的精度和准确性；

3、本公开通过设置缓冲放大单元，能起到匹配阻抗作用，减小高阻抗信号检测误差，提高检测系统的抗干扰能力；

4、本公开的各个单元模块之间采用独立电源模块供电，能减小电源间的干扰，同时通过低噪声的稳压器为放大器供电，可减小电源噪声带来的误差；

5、本公开选用低噪声、高性能、高精度的ADC芯片，可提高模拟信号采集的精度和准确性；

6、本公开选用低噪声、低温度漂移的基准电压芯片，可确保ADC芯片采样基准电压的准确性，同时可减小温度对检测准确性的影响。

附图说明

图1是本公开所述一种模拟信号采集电路的结构框图；

图2是本公开的滤波单元和缓冲放大单元的电路示意图；

图3是本公开的ADC芯片的电路示意图。

附图标记说明：1-第一滤波单元，2-第二滤波单元，3-第一缓冲放大单元，4- 第二缓冲放大单元，5-第三滤波单元，6-模数转换单元，61-ADC模块，62-数字滤波器，7-基准电压单元，8-输出单元，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4- 第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容， C4-第四电容，C5-第五电容，C6-第六电容，C7-第七电容，C8-第八电容，C9-第九电容，Cp-旁路电容，U1-第一放大器，U2-第二放大器，U3-ADC芯片，U4-基准电压芯片。

具体实施方式

如图1-图3所示，本公开所述的一种模拟信号采集电路，包括第一滤波单元1、第二滤波单元2、第三滤波单元5、第一缓冲放大单元3、第二缓冲放大单元4、模数转换单元6、基准电压单元7和输出单元8；

第一滤波单元1的输入端用于连接正模拟输入端，以接收正模拟信号的输入，第一滤波单元1的输出端连接第一缓冲放大单元3，第一缓冲放大单元3的输出端连接第三滤波单元5的输入端，通过第一滤波单元1、第一缓冲放大单元3对输入的正模拟信号进行初级滤波和缓冲放大。

第二滤波单元2的输入端用于连接负模拟输入端，以接收负模拟信号的输入，第二滤波单元2的输出端连接第二缓冲放大单元4，第二缓冲放大单元4的输出端连接第三滤波单元5的输入端，通过第二滤波单元2、第二缓冲放大单元4对输入的负模拟信号进行初级滤波和缓冲放大。

第三滤波单元5的输出端连接模数转换单元6的输入端连接模数转换单元6的输入端，模数转换单元6的输出端连接输出单元8，基准电压单元7的输出端连接模数转换单元6的基准电压输入端，用于提供基准电压，正模拟信号和负模拟信号均通过第三滤波单元5进行二级滤波，然后输入到模数转换单元6中，由基准电压单元7 提供基准电压，通过模数转换单元6对模拟信号进行模数转换，将其转换为对应的数字信号，并通过输出单元8向外输出。

本公开通过第一滤波单元1和第二滤波单元2分别对正模拟输入信号和负模拟输入信号进行处理，可以减小电路间的干扰；

本公开通过第一滤波单元1和第二滤波单元2分别对正模拟输入信号和负模拟输入信号进行初级滤波，再通过第三滤波单元5对缓冲放大后的模拟信号进行二级滤波，可分别减小输入端模拟信号和经缓冲放大后的模拟信号的噪声和干扰，提高信号检测的精度和准确性；

本公开通过设置缓冲放大单元，能起到匹配阻抗作用，减小高阻抗信号检测误差，提高检测系统的抗干扰能力。

进一步的，本实施例中，请详细参阅图2，第一滤波单元1包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2，第一缓冲放大单元3包括第一放大器U1、第二电阻R2和第三电容C3，第一电阻R1一端用于连接正模拟输入端，另一端连接第一放大器U1 的正输入端，第一电容C1接入在第一电阻R1与第一放大器U1之间，另一端接地，第二电容C2一端接入在第一电阻R1与第一放大器U1之间，另一端接地，第一电阻 R1、第一电容C1和第二电容C2构成低通RC滤波结构，可衰减输入信号的电流尖峰，实现初级滤波。第一放大器U1的负输入端通过第二电阻R2连接第一放大器U1的输出端，第一放大器U1的负输入端还通过第三电容C3连接第一放大器U1的输出端，第一放大器U1的输出端连接输出单元8。经过第一滤波单元1进行初级滤波，然后通过第一放大器U1缓冲输出，起到匹配阻抗作用，具有高阻抗输入、低阻抗输出的特性，可提高驱动能力，减小高阻抗信号检测误差，提高抗干扰能力。

第二滤波单元2包括第三电阻R3、第四电容C4和第五电容C5；第二缓冲放大单元4包括第二放大器U2、第四电阻R4和第六电容C6，第二电阻R2一端用于连接负模拟输入端，另一端连接第二放大器U2的正输入端；第四电容C4一端接入在第三电阻R3与第二放大器U2之间，另一端接地，第五电容C5一端接入在第三电阻R3与第二放大器U2之间，另一端接地；第二放大器U2的负输入端通过第四电阻R4连接第二放大器U2的输出端，第二放大器U2的负输入端通过第六电容C6连接第二放大器 U2的输出端，第二放大器U2的输出端连接输出单元8。第二滤波单元2、第二缓冲放大单元4的工作原理与第一滤波单元1、第一缓冲放大单元3的工作原理相同，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。

通过第一滤波单元1、第一缓冲放大单元3对正模拟输入进行初级滤波和缓冲放大，通过第二滤波单元2、第二缓冲放大单元4对负模拟输入进行初级滤波和缓冲放大，可提高检测结果精度和准确性。

进一步的，本实施例中，请继续参阅图2，第三滤波单元5包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，第五电阻R5一端连接第一放大器U1的输出端，另一端连接模数转换单元6，第七电容C7一端接入在第一放大器 U1与模数转换单元6之间，另一端接地；第六电阻R6一端连接第二放大器U2的输出端，另一端连接模数转换单元6，第八电容C8一端接入在第二放大器U2与模数转换单元6之间，另一端接地；第九电容C9一端连接第五电阻R5，另一端连接第六电阻R6。第三滤波单元5中，通过第五电阻R5、第六电阻R6、第七电容C7、第八电容 C8和第九电容C9构成比第一滤波单元1、第二滤波单元2带宽更大的耦合滤波结构来对经放大器缓冲放大后的模拟信号进行二级滤波，抑制因采样瞬变而反射至放大器中的干扰，还能有效降低放大器产生的噪声，提高信号检测精度。

进一步的，本实施例中，请详细参阅图3，模数转换单元6包括ADC模块61和数字滤波器62，ADC模块61包括ADC芯片U3，ADC芯片U3的输入端连接第三滤波单元5，输出端连接数字滤波器62的输入端，ADC芯片U3用于进行模数转换，将第三滤波单元5输出的模拟信号转换为数字信号，数字滤波器62用于对数字信号进行滤波，以起到降噪、提高精度的作用。更具体的，ADC芯片U3选用32位的LTC2500系列芯片，该系列芯片具有低噪声、高性能、高精度的优点，可提高模拟信号采集的精度和准确性。

进一步的，本实施例中，基准电压单元7包括基准电压芯片U4，基准电压芯片 U4为REF02系列芯片，REF02系列芯片可提供5V基准电压，基准电压芯片U4的电压输出脚连接ADC芯片U3的REF脚，模拟信号经过初级滤波、缓冲放大、二级滤波后输入到ADC芯片U3中，基准电压芯片U4输出一个5V基准电压到ADC芯片U3的REF 脚来提供基准电压，ADC芯片U3将模拟信号经过采样对比、转换后输出与模拟信号对应的数字信号，经过数字滤波器62进行滤波处理后通过输出单元8输出。REF02 系列芯片具有低噪声、低温度漂移的特性，能确保ADC芯片U3采样的基准电压准确，同时减小温度对于检测精度的影响。

进一步的，本实施例中，模数转换单元6还包括若干个旁路电容Cp，ADC芯片 U3具有三个REF脚，其中两个REF脚串接至少一个旁路电容Cp后接地，选用多个旁路电容Cp接入REF脚，对基准电压芯片U4进行旁路，可对基准电压芯片U4进行滤波，确保基准电压输出稳定。

进一步的，本实施例中，输出单元8为SPI输出模块，SPI输出模块即通过SPI 总线进行数据传输的模块，SPI通讯具有通用性强、传输稳定的优点。

进一步的，本实施例中，所述模拟信号采集模块还包括五个电源模块，五个电源模块分别与第一放大器U1、第二放大器U2、ADC芯片U3、数字滤波器62、输出单元 8电连接用于供电，各个用电模块之间采用独立电源供电的方式，可减小电源之间的干扰。

进一步的，本实施例中，上述的电源模块中，用于为第一放大器U1、第二放大器U2供电的两个电源模块，均包括两个稳压器。以为第一放大器U1供电的电源模块为例，该电源模块包括电源和两个稳压器，电源的输出端分别连接两个稳压器，其中一个稳压器连接到第一放大器U1的正极，另一个稳压器连接到第一放大器U1的负极，第二放大器U2的电源模块与第一放大器U1的电源模块结构相似，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。通过稳压器来降低电源模块输出电压的噪声，进而减小电源噪声对放大器的影响，提高检测信号的准确性。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟信号采集电路，其特征在于，包括第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、第一缓冲放大单元、第二缓冲放大单元、模数转换单元、基准电压单元和输出单元；

所述第一滤波单元的输入端用于连接正模拟输入端，输出端连接所述第一缓冲放大单元的输入端，所述第一缓冲放大单元的输出端连接所述第三滤波单元的输入端；

所述第二滤波单元的输入端用于连接负模拟输入端，输出端连接所述第二缓冲放大单元的输入端，所述第二缓冲放大单元的输出端连接所述第三滤波单元的输入端；

所述第三滤波单元的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述模数转换单元的输出端连接所述输出单元，所述基准电压单元的输出端连接所述模数转换单元的基准电压输入端，用于提供基准电压。

2.根据权利要求1所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括第一电阻、第一电容和第二电容；所述第一缓冲放大单元包括第一放大器、第二电阻和第三电容；所述第一电阻一端用于连接正模拟输入端，另一端连接所述第一放大器的正输入端；所述第一电容一端接入在所述第一电阻与所述第一放大器之间，另一端接地，所述第二电容一端接入在所述第一电阻与所述第一放大器之间，另一端接地；所述第一放大器的负输入端通过所述第二电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的负输入端还通过所述第三电容连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接所述输出单元；

所述第二滤波单元包括第三电阻、第四电容和第五电容；所述第二缓冲放大单元包括第二放大器、第四电阻和第六电容；所述第二电阻一端用于连接负模拟输入端，另一端连接所述第二放大器的正输入端；所述第四电容一端接入在所述第三电阻与所述第二放大器之间，另一端接地，所述第五电容一端接入在所述第三电阻与所述第二放大器之间，另一端接地；所述第二放大器的负输入端通过所述第四电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的负输入端通过所述第六电容连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的输出端连接所述输出单元。

3.根据权利要求2所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述第三滤波单元包括第五电阻、第六电阻、第七电容、第八电容和第九电容，所述第五电阻一端连接所述第一放大器的输出端，另一端连接所述模数转换单元，所述第七电容一端接入在所述第一放大器与所述模数转换单元之间，另一端接地；所述第六电阻一端连接所述第二放大器的输出端，另一端连接所述模数转换单元，所述第八电容一端接入在所述第二放大器与所述模数转换单元之间，另一端接地；所述第九电容一端连接所述第五电阻，另一端连接所述第六电阻。

4.根据权利要求3所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述模数转换单元包括ADC模块和数字滤波器，所述ADC模块包括ADC芯片，所述ADC芯片的输入端连接所述第三滤波单元，输出端连接所述数字滤波器的输入端，所述数字滤波器的输出端连接所述输出单元。

5.根据权利要求4所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述ADC芯片为LTC2500系列芯片。

6.根据权利要求5所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述基准电压单元包括基准电压芯片，所述基准电压芯片为REF02系列芯片，所述基准电压芯片的电压输出脚连接所述ADC芯片的REF脚。

7.根据权利要求6所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述模数转换单元还包括若干个旁路电容，所述ADC芯片的REF脚串接至少一个所述旁路电容后接地。

8.根据权利要求7所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述输出单元为SPI输出模块。

9.根据权利要求8所述模拟信号采集电路，其特征在于，还包括五个电源模块，五个所述电源模块分别与所述第一放大器、所述第二放大器、所述ADC芯片、所述数字滤波器、所述输出单元电连接用于供电。

10.根据权利要求9所述模拟信号采集电路，其特征在于，所述电源模块中，用于为所述第一放大器、所述第二放大器供电的电源模块均包括两个稳压器，其中一个所述电源模块的两个所述稳压器分别连接所述第一放大器的正极和负极，另一个所述电源模块的两个所述稳压器分别连接所述第二放大器的正极和负极。

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