CN220732757U - 一种放大增益自动调节的光信号采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种放大增益自动调节的光信号采样电路，包括光电转化模块、一级夸阻放大模块、二级可变增益的放大模块、低通滤波模块和AD转换模块，光电转化模块接收待测光信号，光电转化模块的输出端与一级夸阻放大模块的输入端连接，一级夸阻放大模块的输出端与二级可变增益的放大模块的输入端连接，二级可变增益的放大模块的输出端与低通滤波模块的输入端连接，低通滤波模块的输出端与AD转换模块的输入端连接，AD转换模块输出数字信号。本实用新型能够通过自动调整二级放大电路的放大增益，使得放大后的信号大小适中，从而保证数据的准确稳定。本实用新型作为一种放大增益自动调节的光信号采样电路，可广泛应用于光信号采样电路技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及光信号采样电路技术领域，尤其涉及一种放大增益自动调节的光信号采样电路。
背景技术
传统的放大电路，由于放大增益单一固定，若测量的光信号太弱，则放大后得到的电信号偏小，容易受到噪声干扰，导致数据不稳；若测量的光信号太强，则放大后的电信号容易超过AD采样模块的检测上限，导致数据失真，所以测量范围比较狭窄。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种放大增益自动调节的光信号采样电路，能够通过自动调整二级放大电路的放大增益，使得放大后的信号大小适中，从而保证数据的准确稳定。
本实用新型所采用的第一技术方案是：包括光电转化模块、一级夸阻放大模块、二级可变增益的放大模块、低通滤波模块和AD转换模块，所述光电转化模块的输入端接收待测光信号，所述光电转化模块的输出端与所述一级夸阻放大模块的输入端连接，所述一级夸阻放大模块的输出端与所述二级可变增益的放大模块的输入端连接，所述二级可变增益的放大模块的输出端与所述低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与所述AD转换模块的输入端连接，所述AD转换模块的输出端输出所述待测光信号的数字信号。
进一步，所述光电转化模块包括硅光电池D1，所述硅光电池D1的正极端与所述一级夸阻放大模块连接于第一连接点，所述第一连接点接地，所述硅光电池D1的负极端与所述一级夸阻放大模块连接。
进一步，所述一级夸阻放大模块包括电阻R2、电容C1、电容C2和放大器U3，其中，所述电阻R2的第一端、所述电容C1的第一端和所述光电转化模块中的所述硅光电池D1的负极端连接，所述电阻R2的第二端、所述电容C1的第二端、所述放大器U3的第一引脚和所述二级可变增益的放大模块连接，所述放大器U3的第四引脚与所述硅光电池D1的负极端连接，所述放大器U3的第三引脚与所述硅光电池D1的正极端连接，所述放大器U3的第五引脚与所述电容C2的第一端连接并接高电平，所述放大器U3的第二引脚、所述电容C2的第二端均接地。
进一步，所述二级可变增益的放大模块包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电容C5、模拟开关U1和放大器U2，其中，所述放大器U2的第三引脚与所述一级夸阻放大模块中的所述放大器U3的第一引脚连接，所述放大器U2的第四引脚、所述电阻R4的第二端、所述电阻R1的第一端和所述电阻R3的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述模拟开关U1的第一引脚连接，所述电阻R3的第二端和所述模拟开关U1的第二引脚连接，所述放大器U2的第五引脚与所述电容C5的第一端连接并接高电平，所述放大器U2的第一引脚、所述模拟开关U1的第四引脚和所述低通滤波模块连接，所述模拟开关U1的第三引脚接收第一控制器电信号，所述电阻R4的第一端、所述放大器U2的第二引脚和所述电容C5的第二端均接地。
进一步，所述低通滤波模块包括电阻R5和电容C3，其中，所述电阻R5的第一端与所述二级可变增益的放大模块中的所述放大器U2的第一引脚连接，所述电阻R5的第二端、所述电容C3的第一端和所述AD转换模块连接，所述电容C3的第二端接地。
进一步，所述AD转换模块包括电容C4和AD转换芯片U4，其中，所述AD转换芯片U4的第四引脚与所述低通滤波模块中的所述电容C3的第一端连接，所述AD转换芯片U4的第一引脚接收第二控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第十引脚接收第三控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第九引脚接收第四控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第二引脚接收第五控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第八引脚与所述电容C4的第一端连接并接高电平，所述电容C4的第二端、所述AD转换芯片U4的第五引脚和所述AD转换芯片U4的第三引脚均接地。
进一步，所述AD转换芯片U4的型号为ADS1118IDGSR。
本实用新型的有益效果是：通过一级跨阻放大模块能动态调整放大增益，当检测到光信号太弱或太强时，自动调整二级放大电路的放大增益，使得放大后的信号大小适中，既不受到噪声的干扰又不至于失真，在拓宽测量范围的同时，又能保证数据的准确稳定。
附图说明
图1是本实用新型一种放大增益自动调节的光信号采样电路的结构框图；
图2是本实用新型一种放大增益自动调节的光信号采样电路的原理图；
图3是本实用新型一种放大增益自动调节的光信号采样电路中的一级夸阻放大模块的具体电路图；
图4是本实用新型一种放大增益自动调节的光信号采样电路中的二级可变增益的放大模块的具体电路图；
图5是本实用新型一种放大增益自动调节的光信号采样电路中的AD转换模块的具体电路图。
附图标记说明：1、光电转化模块；2、一级夸阻放大模块；3、二级可变增益的放大模块；4、低通滤波模块；5、AD转换模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
需要说明的是，如无特殊说明，在本公开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。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
参照图1和图2，本实用新型提供了一种削波失真电路，包括光电转化模块1、一级夸阻放大模块2、二级可变增益的放大模块3、低通滤波模块和AD转换模块5，所述光电转化模块1的输入端接收待测光信号，所述光电转化模块1的输出端与所述一级夸阻放大模块2的输入端连接，所述一级夸阻放大模块2的输出端与所述二级可变增益的放大模块3的输入端连接，所述二级可变增益的放大模块3的输出端与所述低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与所述AD转换模块5的输入端连接，所述AD转换模块5的输出端输出所述待测光信号的数字信号。
进一步作为本实用新型的优选实施例，所述光电转化模块1包括硅光电池D1，所述硅光电池D1的正极端与所述一级夸阻放大模块2连接于第一连接点，所述第一连接点接地，所述硅光电池D1的负极端与所述一级夸阻放大模块2连接。
具体地，光电转化模块1用于将待测光信号转为与其强度线性相关的电流信号。
进一步作为本实用新型的优选实施例，所述一级夸阻放大模块2包括电阻R2、电容C1、电容C2和放大器U3，其中，所述电阻R2的第一端、所述电容C1的第一端和所述光电转化模块1中的所述硅光电池D1的负极端连接，所述电阻R2的第二端、所述电容C1的第二端、所述放大器U3的第一引脚和所述二级可变增益的放大模块3连接，所述放大器U3的第四引脚与所述硅光电池D1的负极端连接，所述放大器U3的第三引脚与所述硅光电池D1的正极端连接，所述放大器U3的第五引脚与所述电容C2的第一端连接并接高电平，所述放大器U3的第二引脚、所述电容C2的第二端均接地。
具体地，参照图3，一级跨阻放大模块用于将电流信号线性放大并转换为电压信号。
进一步作为本实用新型的优选实施例，所述二级可变增益的放大模块3包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电容C5、模拟开关U1和放大器U2，其中，所述放大器U2的第三引脚与所述一级夸阻放大模块2中的所述放大器U3的第一引脚连接，所述放大器U2的第四引脚、所述电阻R4的第二端、所述电阻R1的第一端和所述电阻R3的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述模拟开关U1的第一引脚连接，所述电阻R3的第二端和所述模拟开关U1的第二引脚连接，所述放大器U2的第五引脚与所述电容C5的第一端连接并接高电平，所述放大器U2的第一引脚、所述模拟开关U1的第四引脚和所述低通滤波模块连接，所述模拟开关U1的第三引脚接收第一控制器电信号，所述电阻R4的第一端、所述放大器U2的第二引脚和所述电容C5的第二端均接地。
具体地，参照图4，可变增益的二级放大模块用于进一步放大电压信号，提升电压信号的信噪比，而且有两种放大增益可供切换。
进一步作为本实用新型优选实施例，所述低通滤波模块包括电阻R5和电容C3，其中，所述电阻R5的第一端与所述二级可变增益的放大模块3中的所述放大器U2的第一引脚连接，所述电阻R5的第二端、所述电容C3的第一端和所述AD转换模块5连接，所述电容C3的第二端接地。
具体地，低通滤波模块用于滤除模拟电压信号中的低频噪声。
进一步作为本实用新型优选实施例，所述AD转换模块5包括电容C4和AD转换芯片U4，其中，所述AD转换芯片U4的第四引脚与所述低通滤波模块中的所述电容C3的第一端连接，所述AD转换芯片U4的第一引脚接收第二控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第十引脚接收第三控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第九引脚接收第四控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第二引脚接收第五控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第八引脚与所述电容C4的第一端连接并接高电平，所述电容C4的第二端、所述AD转换芯片U4的第五引脚和所述AD转换芯片U4的第三引脚均接地。
具体地，参照图5，AD转换模块5用于将模拟电压信号转换成数字信号，以便数字控制器读取和处理。
进一步作为本实用新型优选实施例，所述AD转换芯片U4的型号为ADS1118IDGSR。
本实用新型具体实施例一工作原理如下：
待测量的光信号经过光电传感器D1后转换为电流信号，电流经过跨阻放大模块2放大后又转换为电压信号，并输出到二级放大模块3的输入端。其中，跨阻放大模块1的放大增益G1＝R2，二级放大模块3有大小两种放大增益可调，当模块开关U1的第一引脚与第四引脚导通时，放大倍数为G2，G2＝R1/R4+1；当模拟开关U1的第二引脚与第四引脚导通时放大倍数为G3，G3＝R3/R4+1，并且R1>R2。具体选择哪种增益由控制器决定。当AD转换模块5检测到的电压偏小时，控制器输出信号使得模拟开关U1的第一引脚与第四引脚导通，提高放大倍数。当AD转换模块5检测到电压偏大时，控制器输出信号使得模拟开关U1的第二引脚与第四引脚导通，降低放大增益。二级放大电路3将放大后的信号输出到低通滤波模块4，进一步滤除噪声后传送到AD转换模块5的模拟输入端，以便控制器进行后续的数据处理。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，包括光电转化模块、一级夸阻放大模块、二级可变增益的放大模块、低通滤波模块和AD转换模块，所述光电转化模块的输入端接收待测光信号，所述光电转化模块的输出端与所述一级夸阻放大模块的输入端连接，所述一级夸阻放大模块的输出端与所述二级可变增益的放大模块的输入端连接，所述二级可变增益的放大模块的输出端与所述低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波模块的输出端与所述AD转换模块的输入端连接，所述AD转换模块的输出端输出所述待测光信号的数字信号。
2.根据权利要求1所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述光电转化模块包括硅光电池D1，所述硅光电池D1的正极端与所述一级夸阻放大模块连接于第一连接点，所述第一连接点接地，所述硅光电池D1的负极端与所述一级夸阻放大模块连接。
3.根据权利要求2所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述一级夸阻放大模块包括电阻R2、电容C1、电容C2和放大器U3，其中，所述电阻R2的第一端、所述电容C1的第一端和所述光电转化模块中的所述硅光电池D1的负极端连接，所述电阻R2的第二端、所述电容C1的第二端、所述放大器U3的第一引脚和所述二级可变增益的放大模块连接，所述放大器U3的第四引脚与所述硅光电池D1的负极端连接，所述放大器U3的第三引脚与所述硅光电池D1的正极端连接，所述放大器U3的第五引脚与所述电容C2的第一端连接并接高电平，所述放大器U3的第二引脚、所述电容C2的第二端均接地。
4.根据权利要求3所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述二级可变增益的放大模块包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电容C5、模拟开关U1和放大器U2，其中，所述放大器U2的第三引脚与所述一级夸阻放大模块中的所述放大器U3的第一引脚连接，所述放大器U2的第四引脚、所述电阻R4的第二端、所述电阻R1的第一端和所述电阻R3的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述模拟开关U1的第一引脚连接，所述电阻R3的第二端和所述模拟开关U1的第二引脚连接，所述放大器U2的第五引脚与所述电容C5的第一端连接并接高电平，所述放大器U2的第一引脚、所述模拟开关U1的第四引脚和所述低通滤波模块连接，所述模拟开关U1的第三引脚接收第一控制器电信号，所述电阻R4的第一端、所述放大器U2的第二引脚和所述电容C5的第二端均接地。
5.根据权利要求4所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述低通滤波模块包括电阻R5和电容C3，其中，所述电阻R5的第一端与所述二级可变增益的放大模块中的所述放大器U2的第一引脚连接，所述电阻R5的第二端、所述电容C3的第一端和所述AD转换模块连接，所述电容C3的第二端接地。
6.根据权利要求5所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述AD转换模块包括电容C4和AD转换芯片U4，其中，所述AD转换芯片U4的第四引脚与所述低通滤波模块中的所述电容C3的第一端连接，所述AD转换芯片U4的第一引脚接收第二控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第十引脚接收第三控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第九引脚接收第四控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第二引脚接收第五控制器电信号，所述AD转换芯片U4的第八引脚与所述电容C4的第一端连接并接高电平，所述电容C4的第二端、所述AD转换芯片U4的第五引脚和所述AD转换芯片U4的第三引脚均接地。
7.根据权利要求6所述一种放大增益自动调节的光信号采样电路，其特征在于，所述AD转换芯片U4的型号为ADS1118IDGSR。
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