CN220492980U - 一种模拟信号采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种模拟信号采样电路，涉及采样电路技术领域包括：采样电路，应用一高压侧采样，输出一采样信号；三角波生成电路，用于形成以定频的三角波信号；转换电路，基于所述三角波信号将所述采样信号转换输出占空比；数字隔离器，基于所述占空比将采样信号由模拟信号转换成数字信号，以输出至微控制单元，解决现有采样应用的隔离运放电路器件成本较高的问题。

Description

一种模拟信号采样电路

技术领域

本实用新型涉及采样电路技术领域，尤其涉及一种模拟信号采样电路。

背景技术

随着新能源汽车的日益发展，对整车的安全需求，特别是车辆电控系统的安全需求越来越高，很多情况需要对器件本身的或是外界的输入的连续模拟信号进行测量、处理和拟合重现，现有电控系统中高压侧模拟信号通常采用带有隔离式放大器的硬件采样方案，虽然采样精度较高，但器件成本也高。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种模拟信号采样电路，旨在解决现有采样应用的隔离运放电路器件成本较高的问题。

本实用新型公开了一种模拟信号采样电路，包括：

采样电路，应用一高压侧采样，输出一采样信号；

三角波生成电路，用于形成以定频的三角波信号；

转换电路，基于所述三角波信号将所述采样信号转换输出占空比；

数字隔离器，基于所述占空比将采样信号由模拟信号转换成数字信号，以输出至微控制单元。

优选地，所述三角波生成电路包括源电路，第一比较器和充放电电路；

所述第一比较器负极输入端连接至源电路，正极输入端和输出端连接至充放电电路，以根据正极输入端和负极输入端高低电平转换控制充放电电路执行充电过程或放电过程。

优选地，所述源电路包括：

电阻R10，一端连接电源；

电阻R9，一端连接至电阻R10，另一端接地。

优选地，所述充放电电路包括：

第一MOS管，其源极接地，栅极连接至第一比较器的输出端；

第二MOS管，其漏极接地，源极连接至所述第一比较器负极输入端，栅极连接至第一比较器的输出端；

电阻R4，一端连接至第一MOS管漏极，另一端连接至电源；

电阻R5，一端连接电阻R4与第一MOS管漏极连接一端，另一端通过电容C4接地。

优选地，所述第一比较器负极输入端连接至电阻R9与电阻R10连接一端；

所述第一比较器正极输入端连接至电阻R5与电阻R4连接一端。

优选地，所述转换电路包括第二比较器，其正极输入端连接至三角波生成电路，负极输入端连接至采样电路，输出端连接至数字隔离器。

优选地，所述三角波生成电路、所述转换电路和所述采样电路中分别布置滤波电阻。

优选地，所述采样电路包括：

第三比较器，其正极输入端通过电阻R8连接至电源，正极输入端通过电阻R2连接至输出端，输入端连接至第二比较器负极输入端；

电阻R7，一端与电阻R8连接至第三比较器正极输入端连接一端，另一端接地；

电容C3，一端连接至第三比较器输出端与第二比较器负极输入端连接一端，另一端接地。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本申请提供的一种模拟信号采样电路，设置一三角波生成电路，基于采样电路输出的采样信号，基于三角波提供占空比转换频率，使得转换后输出定频占空比可变的数字信号，使得采样信号由模拟信号转换成数字信号至微控制处理单元，解决现有隔离运放电路实现信号转换，解决现有采样应用的隔离运放电路器件成本较高的问题。

附图说明

图1为本实用新型所述一种模拟信号采样电路的模块示意图；

图2为本实用新型所述一种模拟信号采样电路的电路示意图；

图3为本实用新型所述一种模拟信号采样电路的三角波、采样信号波形图。

附图标记：

1-采样点路；2-三角波生成电路；3-转换电路；4-数字隔离器；5-微控制单元。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

实施例：本实施例公开了一种模拟信号采样电路，提供一种针对高压侧模拟信号采样的低成本方案，作为说明的，本实施方式提供的采样电路相较于现有采样电路加入一个三角波发生电路为占空比转换电路提供工作频率，对高压侧模拟信号做分压处理，输出采样电压作为占空比转换电路的翻转阈值，占空比转换电路输出定频占空比可变的数字信号，实现模拟信号至数字信号的转换，具体的，包括：

采样电路，应用一高压侧采样，输出一采样信号；作为说明的是，应用于本实施方式的，高压侧采样电路，现有的采样电路均可适用，本方案主要是基于现有采样电路利用占空比进行的模拟信号转换成数字信号，因此基于采样电路的输出进行处理即可。

作为示例的，提供一种具体的采样电路，所述采样电路包括：第三比较器U4A，其正极输入端通过电阻R8连接至电源VCC_1，正极输入端通过电阻R2连接至输出端，输入端连接至第二比较器负极输入端；电阻R7，一端与电阻R8连接至第三比较器正极输入端连接一端，另一端接地；电容C3，一端连接至第三比较器输出端与第二比较器负极输入端连接一端，另一端接地GND_1，即通过电源VCC_1连接R8、R7形成的电路供能，并连接至第三比较器U4A的正极输入端，由此第三比较器U4A正极输入端和负极输入端的电平高低转换实现采样。

三角波生成电路，用于形成以定频的三角波信号；在本实施方式中，通过新增该三角波生成电路输出的三角波信号进行占空比转换，由此使得采样信号输出形成数字信号至微控制单元。具体的，上述三角波生成电路包括源电路，第一比较器U2A和充放电电路；所述第一比较器U2A负极输入端连接至源电路，正极输入端和输出端连接至充放电电路，以根据正极输入端和负极输入端高低电平转换控制充放电电路执行充电过程或放电过程。

具体的，所述源电路包括：

电阻R10，一端连接电源VCC_1；

电阻R9，一端连接至电阻R10，另一端接地GND_1。

所述充放电电路包括：

第一MOS管Q1，其源极接地GND_1，栅极连接至第一比较器U2A的输出端；

第二MOS管Q2，其漏极接地GND_1，源极连接至所述第一比较器U2A负极输入端，栅极连接至第一比较器U2A的输出端；

电阻R4，一端连接至第一MOS管漏极，另一端连接至电源VCC_1；

电阻R5，一端连接电阻R4与第一MOS管漏极连接一端，另一端通过电容C4接地GND_1。

所述第一比较器U2A负极输入端连接至电阻R9与电阻R10连接一端；

所述第一比较器U2A正极输入端连接至电阻R5与电阻R4连接一端。

作为说明的，初始状态下，源电路工作使得第一比较器U2A负极输入端电平较高，通过第一比较器U2A输出端输出低电平，此时第一MOS管Q1、第二MOS管Q2均为断开状态，此时电源VCC_1通过电阻R4、R5给电容C4充电，而后当第一比较器U2A正极输入端电平较高，转换输出高电平，此时第一MOS管Q1、第二MOS管Q2均为连通状态，此时电容C4通过R5、Q1放电，连通后降低第一比较器U2A翻转阈值，由此基于上述执行充电过程或放电过程的结合，形成用于输出的三角波信号。

转换电路，基于所述三角波信号将所述采样信号转换输出占空比；作为说明的，本实施方式中的转换电路利用上述三角波生成电路输出的三角波信号与采样信号幅值作为占空比转换电路的翻转阈值，当三角波信号超出采样信号则输出与占空比对应的正方波，由此输出数字信号。

具体的，所述转换电路包括第二比较器U3A，其正极输入端连接至三角波生成电路，负极输入端连接至采样电路，输出端连接至数字隔离器，如上所述的，基于正极输入端和负极输入端输出后的电平高低转换，输出占空比信号，再输出至下述数字隔离器中，以传递给微控制单元MCU。

还作为说明，本实施方式中上述三角波生成电路采用MOS管以及比较器，利用高低电平转换确定占空比翻转阈值，无需采用现有隔离式放大器，成本更低，且可提供较高的采样精度。

数字隔离器，基于所述占空比将采样信号由模拟信号转换成数字信号，以输出至微控制单元MCU)。作为说明的，数字隔离器与微控制单元均为现有器件，数字隔离器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片，在本实施方式中，将在转换电路后输出的数字信号传递至微控制单元，图中仅给出现有某一数字隔离器的电路示意，其他数字隔离器也可用于本实施方式中。

除上述外，作为可选的，还可在所述三角波生成电路、所述转换电路和所述采样电路中分别布置滤波电阻，具体的，如图，在第一转换器U2A输出端与第一MOS管和第二MOS管栅极之间设置电阻R06，或者在第二转换器U3A输出端设置的电阻R1等，其均用于提高电路的稳定性，其阻值大小不影响输出的数字信号。

本实施方式提供的采样电路，针对高压侧模拟信号采样，保证一定采样精度的同时，电路成本更低，具体的，设置三角波生成电路，采样电路输出信号幅值与三角波信号比对生成占空比转换电路的翻转阈值，获得定频变占空比的采样电路，以适用于包括但不限于母线电压采样、模块温度采样在内的各种高压侧模拟信号采样。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种模拟信号采样电路，其特征在于，包括：

采样电路，应用一高压侧采样，输出一采样信号；

三角波生成电路，用于形成以定频的三角波信号；

转换电路，基于所述三角波信号将所述采样信号转换输出占空比；

数字隔离器，基于所述占空比将采样信号由模拟信号转换成数字信号，以输出至微控制单元。

2.根据权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于：

所述三角波生成电路包括源电路，第一比较器和充放电电路；

所述第一比较器负极输入端连接至源电路，正极输入端和输出端连接至充放电电路，以根据正极输入端和负极输入端高低电平转换控制充放电电路执行充电过程或放电过程。

3.根据权利要求2所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述源电路包括：

电阻R10，一端连接电源；

电阻R9，一端连接至电阻R10，另一端接地。

4.根据权利要求3所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述充放电电路包括：

第一MOS管，其源极接地，栅极连接至第一比较器的输出端；

第二MOS管，其漏极接地，源极连接至所述第一比较器负极输入端，栅极连接至第一比较器的输出端；

电阻R4，一端连接至第一MOS管漏极，另一端连接至电源；

电阻R5，一端连接电阻R4与第一MOS管漏极连接一端，另一端通过电容C4接地。

5.根据权利要求4所述的模拟信号采样电路，其特征在于：

所述第一比较器负极输入端连接至电阻R9与电阻R10连接一端；

所述第一比较器正极输入端连接至电阻R5与电阻R4连接一端。

6.根据权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于：

所述转换电路包括第二比较器，其正极输入端连接至三角波生成电路，负极输入端连接至采样电路，输出端连接至数字隔离器。

7.根据权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于：

所述三角波生成电路、所述转换电路和所述采样电路中分别布置滤波电阻。

8.根据权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述采样电路包括：

第三比较器，其正极输入端通过电阻R8连接至电源，正极输入端通过电阻R2连接至输出端，输入端连接至第二比较器负极输入端；

电阻R7，一端与电阻R8连接至第三比较器正极输入端连接一端，另一端接地；

电容C3，一端连接至第三比较器输出端与第二比较器负极输入端连接一端，另一端接地。