一种信号调理电路的制作方法

xiaoxiao2020-9-10  2

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一种信号调理电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种信号调理电路,包括信号输入电路和信号输出电路;信号输入电路包括正信号输入单元、负信号输入单元和第一中间电阻R-1;信号输出电路包括正信号输出单元、负信号输出单元、第二中间电阻R-2;本实用新型采用仪表放大器电路结构,有高输入阻抗和高共模抑制比的特点,电路结构对称,有利于消除共模噪声和温漂,从而达到低噪声和低温漂。
【专利说明】—种信号调理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电路,尤其涉及一种信号调理电路。
【背景技术】
[0002]目前,通常情况下,AD采集芯片都会有高频采样噪声,该噪声会影响前级放大电路,会使精度放大,系统线性度和噪声变差,一般在靠近AD放置电容,可以平均电流脉冲,反射和振荡;而一般高精度运算放大器只能驱动几百PF的电容;因此常用的调理电路无法满足工作的需要,大大降低了工作的效率。

【发明内容】

[0003]为了解决上述【背景技术】中所存在的技术问题,本实用新型提供一种信号调理电路。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:
[0005]本实用新型提供一种信号调理电路,其特殊之处在于:包括信号输入电路和信号输出电路;所述信号输入电路包括正信号输入单兀、负信号输入单兀和第一中间电阻R-1 ;所述正信号输入单元包括正信号放大器Ul、正信号切换开关SW-1和正信号电阻单元;所述负信号输入单元包括负信号放大器U2、负信号切换开关SW-2和负信号电阻单元;所述正信号电阻单元包括N个串联的正信号电阻RJ-1 ;所述正信号切换开关SW-1包括N+1个输入端和一个输出端;所述负信号电阻单元包括N个串联的负信号电阻RJ-2 ;所述负信号切换开关SW-2包括N+1个输入端和一个输出端;N为大于等于I的整数;所述正信号电阻单兀的一端接正信号放大器Ul的输出端;所述负信号电阻单元的一端接负信号放大器U2的输出端;所述正信号电阻单元的另一端通过第一中间电阻R-1与负信号电阻单元的另一端连接;所述N个正信号电阻RJ-1分别串接在正信号切换开关SW-1的N+1个输入端之间;所述N个负信号电阻RJ-2分别串接在负信号切换开关SW-2的N+1个输入端之间;所述正信号切换开关SW-1的输出端接正信号放大器Ul的负极输入端;所述负信号切换开关SW-2的输出端接负信号放大器U2的负极输入端;所述正信号输入单元和负信号输入单元结构对称,参数一致;
[0006]上述信号输出电路包括正信号输出单兀、负信号输出单兀、第二中间电阻R-2 ;所述正信号输出单兀包括正信号放大器U3、正信号输出电阻单兀和输出电容Cl ;所述负信号输出单兀包括负信号放大器U4、负信号输出电阻单兀和输出电容C2 ;所述正信号输出电阻单元包括M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3和M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4 ;所述负信号输出电阻单元包括M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5和M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;M为大于等于I的整数;所述输出电容Cl的一端接正信号放大器U3的负极输入端;所述输出电容Cl的另一端接正信号放大器U3的输出端;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ_4与输出电容Cl并联;所述输出电容C2的一端接负信号放大器U4的负极输入端;所述输出电容C2的另一端接接负信号放大器U4的输出端;所述M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6与输出电容C2并联;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的一端接正信号放大器U3的正极输入端;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的另一端接正信号输入单兀;所述M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的一端接负信号放大器U4的正极输入端;所述M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的另一端接Vcm;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的一端接负信号输入单元;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的另一端接M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3通过第二中间电阻R-2与M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6连接;所述正信号输出单元和负信号输出单元结构与参数均一致;
[0007]上述正信号切换开关SW-1和负信号切换开关SW-2是机械开关、模拟开关、跳线或继电器;
[0008]上述正信号电阻单元、负信号电阻单元以及第一中间电阻R-1中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。;
[0009]上述正信号输出电阻单元、负信号输出电阻单元以及第二中间电阻R-2中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。
[0010]本实用新型的优点:
[0011]1、本实用新型的调理电路为仪表放大器电路结构,有高输入阻抗和高共模抑制比的特点,电路结构对称,有利于消除共模噪声和温漂,从而达到低噪声和低温漂。
[0012]2、本实用新型的调理电路的电路结构,有利于驱动大电容,可以驱动UF级的大电容,从而降低AD的采样噪声。
[0013]3、本实用新型的电路中采用可调控增益的方法(即切换开关与电阻的配合),根据不同的需求从而调控,满足的使用不同状态的要求,提高了工作的效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的调理电路的电路原理图;
[0015]图2为本实用新型的调理电路的电路示意图;
[0016]图3为本实用新型调理电路中的信号输入电路的另一种电路示意图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1,本实用新型提供一种信号调理电路,包括信号输入电路和信号输出电路;信号输入电路包括正信号输入单兀、负信号输入单兀和第一中间电阻R-1 ;正信号输入单元包括正信号放大器U1、正信号切换开关SW-1和正信号电阻单元;负信号输入单元包括负信号放大器U2、负信号切换开关SW-2和负信号电阻单元;正信号电阻单元包括N个串联的正信号电阻RJ-1 ;正信号切换开关SW-1包括N+1个输入端和一个输出端;负信号电阻单兀包括N个串联的负信号电阻RJ-2 ;负信号切换开关SW-2包括N+1个输入端和一个输出端;N为大于等于I的整数;正信号电阻单元的一端接正信号放大器Ul的输出端;负信号电阻单元的一端接负信号放大器U2的输出端;正信号电阻单元的另一端通过第一中间电阻R-1与负信号电阻单元的另一端连接;N个正信号电阻RJ-1分别串接在正信号切换开关Sff-1的N+1个输入端之间;N个负信号电阻RJ-2分别串接在负信号切换开关SW-2的N+1个输入端之间;正信号切换开关SW-1的输出端接正信号放大器Ul的负极输入端;负信号切换开关SW-2的输出端接负信号放大器U2的负极输入端;正信号输入单兀和负信号输入单元结构对称,参数一致。
[0018]信号输出电路包括正信号输出单兀、负信号输出单兀、第二中间电阻R-2 ;正信号输出单兀包括正信号放大器U3、正信号输出电阻单兀和输出电容Cl ;负信号输出单兀包括负信号放大器U4、负信号输出电阻单兀和输出电容C2 ;正信号输出电阻单兀包括M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3和M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4 ;负信号输出电阻单兀包括M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5和M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;M为大于等于I的整数;输出电容Cl的一端接正信号放大器U3的负极输入端;输出电容Cl的另一端接正信号放大器U3的输出端;M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4与输出电容Cl并联;输出电容C2的一端接负信号放大器U4的负极输入端;输出电容C2的另一端接接负信号放大器U4的输出端;M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6与输出电容C2并联;M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的一端接正信号放大器U3的正极输入端;M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的另一端接正信号输入单元⑷个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的一端接负信号放大器U4的正极输入端;M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的另一端接Vcm…个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的一端接负信号输入单元…个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的另一端接M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3通过第二中间电阻R-2与M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6连接;正信号输出单元和负信号输出单元结构与参数均一致。
[0019]正信号切换开关SW-1和负信号切换开关SW-2是机械开关、模拟开关、跳线或继电器。
[0020]正信号电阻单元、负信号电阻单元以及第一中间电阻R-1中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。
[0021]正信号输出电阻单元、负信号输出电阻单元以及第二中间电阻R-2中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。
[0022]正信号切换开关和负信号切换开关可以是分体结构,最优是一体结构,两个开关同时动作且切换结果一致。
[0023]参见图2-图3,为调理电路原理框图,该调理电路为仪表放大器电路结构,有高输入阻抗和高共模抑制比的特点,电路结构对称,有利于消除共模噪声和温漂,从而达到低噪声和低温漂。
[0024]通常情况下,AD采集芯片都会有高频采样噪声,该噪声会影响前级放大电路,会使精度放大,系统线性度和噪声变差。靠近AD放置电容,可以平均电流脉冲,反射和振荡。而一般高精度运算放大器只能驱动几百PF的电容,本调理电路的电路结构,有利于驱动大电容,可以驱动uF级的大电容,从而降低AD的采样噪声。
[0025]图中标号为RJ的电阻,R为精密电阻,并不局限于分离电阻,也可是网络电阻等,对电路的增益和温漂起着决定作用。A,B,C,D为四个运算放大器。电路分为两级,各级的功能如下:
[0026]a)第一级
[0027]第一级为调理电路的输入级,第一级的电路结构对称,为典型的仪表放大器结构,可通过切换开关SW,实现增益的切换。第一级电路结构不会将开关内阻的误差引入增益,因为开关与运算放大器A和B的负端相连,可以认为没有电流流过。
[0028]SW为广义的开关,可以是机械开关,模拟开关,跳线,继电器等可以切换信号的元器件。图2中以差分模拟开关为例,其内部有A和B两路开关。开关A包括DA,SlA, S2A,S3A几个引脚;开关B包括DB,S1B,S2B,S3B引脚。有三种状态,状态1:DA与SlA连通,同时DB与SlB连通;状态2:DA与S2A连通,同时DB与S2B连通;状态3:DA与S3A连通,同时DB与S3B连通。
[0029]参见图2,图中以5个电阻为例,可实现3种增益,其中电阻RJ2=RJ4,RJ3=RJ5,为一种对称的电路结构。也可改变电阻的个数,来改变增益的个数,如图3为两种增益的情况,图2与图3相比,去掉了电阻RJ3和RJ5,相应减少了模拟的状态数量。相同的道理,增加电阻的个数,也可实现增益数量的增加,道理相当于从图2的两种增益改变为图3中三种增益。
[0030]在图2中当SW工作在“状态I”时,即SW切换到al和bl,增益为:
H + RJ3:工作在“状态2 ”时,即SW切换到a2和b2,增益为:0~m+f/3 ;
0.5 RJl0.5 k,/I + RJ 2.0.5 RJI + RJ 2 + RJ 3 1
工作在“状态3”时,即SW切换到a3和b3,增益为p r = I °




().!)Aj I + /U 2 + KJ5
[0031]例如:实现1,10,100三种增益,电阻RJl选400 Q ;耵2,耵4选1.81^ ;RJ3,RJ5选ISkQ。按上面公式计算可得三个增益如下:
r n 0.5 400 + 1800 + 18000 20000
[0032]-=-= 100 ,
0.5 * 400200
r n 0.5*400 + 1800+18000 20000 tn
[0033]-=-= 10 ,
0.5*400 + 1800 2000
r n 0.5*400 + 1800+18000 ,
[0034]-= I。
0.5 ^ 400 + 1800 + 18000
[0035]第一级既可以实现差分信号输入,也可以实现单端信号输入,图3中以差分信号输入为例,即图中的Vi+和V1-,当输入信号为单端时,将V1-接到参考地上即可。假如第一级的增益切换为G,那么第一级的输出为GX (Vi+-Vi_),单端输入时认为V1-为O。信号经过第一级放大后进入第二级。
[0036]b)第二级
[0037]第二级接收第一级的输出信号,实现信号的衰减,共模电压叠加,差分输出。第二级由电阻RJ6,RJ7,RJ8,RJ9,RJlO,RJlI, Rl,R2,电容Cl,C2和运算放大器C和D组成。
[0038]该级电路中Rl,R2,Cl,C2的电路结构利于驱动大电容,从而降低AD的采样噪声。Rl, R2,Cl,C2对衰减倍数没有影响。电容Cl,C2的选择要满足整个电路的带宽要求,Cl和RJ9形成RC低通滤波器,C2和RJlO形成RC低通滤波器,这两个低通滤波器的上限截止频率都要与整个放大电路的带宽相适应。电阻Rl,R2起到隔离电阻的作用,一般阻值小于100Q,大多数情况下IOQ可以满足要求,具体数值在实际调试时,依据整个电路驱动的电容大小,运算放大器C和D的参数而定。
[0039]衰减倍数由精密电阻RJ6,RJ7,RJ8,RJ9决定,必须满足RJ6 = RJ8,RJ7 = RJ9,衰Rjl
减倍数为^77。例如:如果第二级要误差0.2倍,那么RJ6和RJ8可选Ik Q,RJ7和RJ9可
RJo
选 5kQ。
[0040]RJ10, RJll和运算放大器D实现共模电压的叠加,必须满足RJlO = RJ11。其中Vcm为共模电压,电阻R3是可选电阻。
[0041]第二级的输出为差分信号Vo+和Vo-,共模电压为Vcm。可直接连接后级AD采集
芯[0042]去掉RJ10,RJlI, R2,R3,C2,运算放大器D和共模电压Vcm,并将Vo-接到参考地
上,可实现单端输出。
[0043]整个调理电路的增益由第一级和第二级电路共同决定。例如第一级的增益为1,10,100,第二级的衰减为0.2,那么整个调理电路的增益为0.2,2,20。
【权利要求】
1.一种信号调理电路,其特征在于:包括信号输入电路和信号输出电路;所述信号输入电路包括正信号输入单兀、负信号输入单兀和第一中间电阻R-1 ;所述正信号输入单兀包括正信号放大器Ul、正信号切换开关SW-1和正信号电阻单元;所述负信号输入单元包括负信号放大器U2、负信号切换开关SW-2和负信号电阻单元;所述正信号电阻单元包括N个串联的正信号电阻RJ-1 ;所述正信号切换开关SW-1包括N+1个输入端和一个输出端;所述负信号电阻单元包括N个串联的负信号电阻RJ-2 ;所述负信号切换开关SW-2包括N+1个输入端和一个输出端;N为大于等于I的整数;所述正信号电阻单兀的一端接正信号放大器Ul的输出端;所述负信号电阻单元的一端接负信号放大器U2的输出端;所述正信号电阻单元的另一端通过第一中间电阻R-1与负信号电阻单元的另一端连接;所述N个正信号电阻RJ-1分别串接在正信号切换开关SW-1的N+1个输入端之间;所述N个负信号电阻RJ-2分别串接在负信号切换开关SW-2的N+1个输入端之间;所述正信号切换开关SW-1的输出端接正信号放大器Ul的负极输入端;所述负信号切换开关SW-2的输出端接负信号放大器U2的负极输入端;所述正信号输入单元和负信号输入单元结构对称,参数一致。
2.根据权利要求1所述的信号调理电路,其特征在于:所述信号输出电路包括正信号输出单元、负信号输出单元、第二中间电阻R-2;所述正信号输出单元包括正信号放大器U3、正信号输出电阻单兀和输出电容Cl ;所述负信号输出单兀包括负信号放大器U4、负信号输出电阻单兀和输出电容C2 ;所述正信号输出电阻单兀包括M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3和M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4 ;所述负信号输出电阻单元包括M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5和M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;M为大于等于I的整数;所述输出电容Cl的一端接正信号放大器U3的负极输入端;所述输出电容Cl的另一端接正信号放大器U3的输出端;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4与输出电容Cl并联;所述输出电容C2的一端接负信号放大器U4的负极输入端;所述输出电容C2的另一端接接负信号放大器U4的输出端;所述M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6与输出电容C2并联;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的一端接正信号放大器U3的正极输入端;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3的另一端接正信号输入单元;所述M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的一端接负信号放大器U4的正极输入端;所述M个串联的负阳极信号输出电阻RJ-5的另一端接Vcm ;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的一端接负信号输入单元;所述M个串联的正阴极信号输出电阻RJ-4的另一端接M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6 ;所述M个串联的正阳极信号输出电阻RJ-3通过第二中间电阻R-2与M个串联的负阴极信号输出电阻RJ-6连接;所述正信号输出单元和负信号输出单元结构与参数均一致。
3.根据权利要求1所述的信号调理电路,其特征在于:所述正信号切换开关SW-1和负信号切换开关SW-2是机械开关、模拟开关、跳线或继电器。
4.根据权利要求1所述的信号调理电路,其特征在于:所述正信号电阻单元、负信号电阻单元以及第一中间电阻R-1中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。
5.根据权利要求2所述的信号调理电路,其特征在于:所述正信号输出电阻单元、负信号输出电阻单元以及第二中间电阻R-2中的电阻是普通电阻、精密电阻、分离电阻、网络电阻。
【文档编号】H03M1/54GK203423676SQ201320564922
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】郭恩全, 孙金宝, 王江, 郭建, 杨朋 申请人:陕西海泰电子有限责任公司

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