一種信號調(diào)理電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種信號調(diào)理電路，包括信號輸入電路和信號輸出電路；信號輸入電路包括正信號輸入單元、負信號輸入單元和第一中間電阻R-1；信號輸出電路包括正信號輸出單元、負信號輸出單元、第二中間電阻R-2；本實用新型采用儀表放大器電路結(jié)構(gòu)，有高輸入阻抗和高共模抑制比的特點，電路結(jié)構(gòu)對稱，有利于消除共模噪聲和溫漂，從而達到低噪聲和低溫漂。
【專利說明】—種信號調(diào)理電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電路，尤其涉及一種信號調(diào)理電路。
【背景技術】
[0002]目前，通常情況下，AD采集芯片都會有高頻采樣噪聲，該噪聲會影響前級放大電路，會使精度放大，系統(tǒng)線性度和噪聲變差，一般在靠近AD放置電容，可以平均電流脈沖，反射和振蕩；而一般高精度運算放大器只能驅(qū)動幾百PF的電容；因此常用的調(diào)理電路無法滿足工作的需要，大大降低了工作的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述【背景技術】中所存在的技術問題，本實用新型提供一種信號調(diào)理電路。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:
[0005]本實用新型提供一種信號調(diào)理電路，其特殊之處在于:包括信號輸入電路和信號輸出電路；所述信號輸入電路包括正信號輸入單兀、負信號輸入單兀和第一中間電阻R-1 ；所述正信號輸入單元包括正信號放大器Ul、正信號切換開關SW-1和正信號電阻單元；所述負信號輸入單元包括負信號放大器U2、負信號切換開關SW-2和負信號電阻單元；所述正信號電阻單元包括N個串聯(lián)的正信號電阻RJ-1 ;所述正信號切換開關SW-1包括N+1個輸入端和一個輸出端；所述負信號電阻單元包括N個串聯(lián)的負信號電阻RJ-2 ;所述負信號切換開關SW-2包括N+1個輸入端和一個輸出端；N為大于等于I的整數(shù)；所述正信號電阻單兀的一端接正信號放大器Ul的輸出端；所述負信號電阻單元的一端接負信號放大器U2的輸出端；所述正信號電阻單元的另一端通過第一中間電阻R-1與負信號電阻單元的另一端連接；所述N個正信號電阻RJ-1分別串接在正信號切換開關SW-1的N+1個輸入端之間；所述N個負信號電阻RJ-2分別串接在負信號切換開關SW-2的N+1個輸入端之間；所述正信號切換開關SW-1的輸出端接正信號放大器Ul的負極輸入端；所述負信號切換開關SW-2的輸出端接負信號放大器U2的負極輸入端；所述正信號輸入單元和負信號輸入單元結(jié)構(gòu)對稱，參數(shù)一致；
[0006]上述信號輸出電路包括正信號輸出單兀、負信號輸出單兀、第二中間電阻R-2 ;所述正信號輸出單兀包括正信號放大器U3、正信號輸出電阻單兀和輸出電容Cl ;所述負信號輸出單兀包括負信號放大器U4、負信號輸出電阻單兀和輸出電容C2 ;所述正信號輸出電阻單元包括M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3和M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4 ；所述負信號輸出電阻單元包括M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5和M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ;M為大于等于I的整數(shù)；所述輸出電容Cl的一端接正信號放大器U3的負極輸入端；所述輸出電容Cl的另一端接正信號放大器U3的輸出端；所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ_4與輸出電容Cl并聯(lián)；所述輸出電容C2的一端接負信號放大器U4的負極輸入端；所述輸出電容C2的另一端接接負信號放大器U4的輸出端；所述M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6與輸出電容C2并聯(lián)；所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的一端接正信號放大器U3的正極輸入端；所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的另一端接正信號輸入單兀；所述M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的一端接負信號放大器U4的正極輸入端；所述M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的另一端接Vcm;所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的一端接負信號輸入單元；所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的另一端接M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ;所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3通過第二中間電阻R-2與M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6連接；所述正信號輸出單元和負信號輸出單元結(jié)構(gòu)與參數(shù)均一致；
[0007]上述正信號切換開關SW-1和負信號切換開關SW-2是機械開關、模擬開關、跳線或繼電器；
[0008]上述正信號電阻單元、負信號電阻單元以及第一中間電阻R-1中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。；
[0009]上述正信號輸出電阻單元、負信號輸出電阻單元以及第二中間電阻R-2中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。
[0010]本實用新型的優(yōu)點:
[0011]1、本實用新型的調(diào)理電路為儀表放大器電路結(jié)構(gòu)，有高輸入阻抗和高共模抑制比的特點，電路結(jié)構(gòu)對稱，有利于消除共模噪聲和溫漂，從而達到低噪聲和低溫漂。
[0012]2、本實用新型的調(diào)理電路的電路結(jié)構(gòu)，有利于驅(qū)動大電容，可以驅(qū)動UF級的大電容，從而降低AD的采樣噪聲。
[0013]3、本實用新型的電路中采用可調(diào)控增益的方法(即切換開關與電阻的配合)，根據(jù)不同的需求從而調(diào)控，滿足的使用不同狀態(tài)的要求，提高了工作的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的調(diào)理電路的電路原理圖；
[0015]圖2為本實用新型的調(diào)理電路的電路示意圖；
[0016]圖3為本實用新型調(diào)理電路中的信號輸入電路的另一種電路示意圖。
【具體實施方式】
[0017]參見圖1，本實用新型提供一種信號調(diào)理電路，包括信號輸入電路和信號輸出電路；信號輸入電路包括正信號輸入單兀、負信號輸入單兀和第一中間電阻R-1 ;正信號輸入單元包括正信號放大器U1、正信號切換開關SW-1和正信號電阻單元；負信號輸入單元包括負信號放大器U2、負信號切換開關SW-2和負信號電阻單元；正信號電阻單元包括N個串聯(lián)的正信號電阻RJ-1 ;正信號切換開關SW-1包括N+1個輸入端和一個輸出端；負信號電阻單兀包括N個串聯(lián)的負信號電阻RJ-2 ;負信號切換開關SW-2包括N+1個輸入端和一個輸出端；N為大于等于I的整數(shù)；正信號電阻單元的一端接正信號放大器Ul的輸出端；負信號電阻單元的一端接負信號放大器U2的輸出端；正信號電阻單元的另一端通過第一中間電阻R-1與負信號電阻單元的另一端連接；N個正信號電阻RJ-1分別串接在正信號切換開關Sff-1的N+1個輸入端之間；N個負信號電阻RJ-2分別串接在負信號切換開關SW-2的N+1個輸入端之間；正信號切換開關SW-1的輸出端接正信號放大器Ul的負極輸入端；負信號切換開關SW-2的輸出端接負信號放大器U2的負極輸入端；正信號輸入單兀和負信號輸入單元結(jié)構(gòu)對稱，參數(shù)一致。
[0018]信號輸出電路包括正信號輸出單兀、負信號輸出單兀、第二中間電阻R-2 ;正信號輸出單兀包括正信號放大器U3、正信號輸出電阻單兀和輸出電容Cl ;負信號輸出單兀包括負信號放大器U4、負信號輸出電阻單兀和輸出電容C2 ;正信號輸出電阻單兀包括M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3和M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4 ;負信號輸出電阻單兀包括M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5和M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ；M為大于等于I的整數(shù)；輸出電容Cl的一端接正信號放大器U3的負極輸入端；輸出電容Cl的另一端接正信號放大器U3的輸出端；M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4與輸出電容Cl并聯(lián)；輸出電容C2的一端接負信號放大器U4的負極輸入端；輸出電容C2的另一端接接負信號放大器U4的輸出端；M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6與輸出電容C2并聯(lián)；M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的一端接正信號放大器U3的正極輸入端；M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的另一端接正信號輸入單元⑷個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的一端接負信號放大器U4的正極輸入端；M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的另一端接Vcm…個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的一端接負信號輸入單元…個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的另一端接M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ;M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3通過第二中間電阻R-2與M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6連接；正信號輸出單元和負信號輸出單元結(jié)構(gòu)與參數(shù)均一致。
[0019]正信號切換開關SW-1和負信號切換開關SW-2是機械開關、模擬開關、跳線或繼電器。
[0020]正信號電阻單元、負信號電阻單元以及第一中間電阻R-1中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。
[0021]正信號輸出電阻單元、負信號輸出電阻單元以及第二中間電阻R-2中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。
[0022]正信號切換開關和負信號切換開關可以是分體結(jié)構(gòu)，最優(yōu)是一體結(jié)構(gòu)，兩個開關同時動作且切換結(jié)果一致。
[0023]參見圖2-圖3，為調(diào)理電路原理框圖，該調(diào)理電路為儀表放大器電路結(jié)構(gòu)，有高輸入阻抗和高共模抑制比的特點，電路結(jié)構(gòu)對稱，有利于消除共模噪聲和溫漂，從而達到低噪聲和低溫漂。
[0024]通常情況下，AD采集芯片都會有高頻采樣噪聲，該噪聲會影響前級放大電路，會使精度放大，系統(tǒng)線性度和噪聲變差?？拷麬D放置電容，可以平均電流脈沖，反射和振蕩。而一般高精度運算放大器只能驅(qū)動幾百PF的電容，本調(diào)理電路的電路結(jié)構(gòu)，有利于驅(qū)動大電容，可以驅(qū)動uF級的大電容，從而降低AD的采樣噪聲。
[0025]圖中標號為RJ的電阻，R為精密電阻，并不局限于分離電阻，也可是網(wǎng)絡電阻等，對電路的增益和溫漂起著決定作用。A，B，C，D為四個運算放大器。電路分為兩級，各級的功能如下:
[0026]a)第一級
[0027]第一級為調(diào)理電路的輸入級，第一級的電路結(jié)構(gòu)對稱，為典型的儀表放大器結(jié)構(gòu)，可通過切換開關SW，實現(xiàn)增益的切換。第一級電路結(jié)構(gòu)不會將開關內(nèi)阻的誤差引入增益，因為開關與運算放大器A和B的負端相連，可以認為沒有電流流過。
[0028]SW為廣義的開關，可以是機械開關，模擬開關，跳線，繼電器等可以切換信號的元器件。圖2中以差分模擬開關為例，其內(nèi)部有A和B兩路開關。開關A包括DA，SlA, S2A,S3A幾個引腳;開關B包括DB，S1B，S2B，S3B引腳。有三種狀態(tài)，狀態(tài)1:DA與SlA連通，同時DB與SlB連通；狀態(tài)2:DA與S2A連通，同時DB與S2B連通；狀態(tài)3:DA與S3A連通，同時DB與S3B連通。
[0029]參見圖2，圖中以5個電阻為例，可實現(xiàn)3種增益，其中電阻RJ2=RJ4，RJ3=RJ5，為一種對稱的電路結(jié)構(gòu)。也可改變電阻的個數(shù)，來改變增益的個數(shù)，如圖3為兩種增益的情況，圖2與圖3相比，去掉了電阻RJ3和RJ5，相應減少了模擬的狀態(tài)數(shù)量。相同的道理，增加電阻的個數(shù)，也可實現(xiàn)增益數(shù)量的增加，道理相當于從圖2的兩種增益改變?yōu)閳D3中三種增益。
[0030]在圖2中當SW工作在“狀態(tài)I”時，即SW切換到al和bl，增益為:
H + RJ3:工作在“狀態(tài)2 ”時，即SW切換到a2和b2，增益為:0~m+f/3 ；
0.5 RJl0.5 k,/I + RJ 2.0.5 RJI + RJ 2 + RJ 3 1
工作在“狀態(tài)3”時，即SW切換到a3和b3，增益為p r = I °




().!)Aj I + /U 2 + KJ5
[0031]例如:實現(xiàn)1，10，100三種增益，電阻RJl選400 Q ;耵2，耵4選1.81^ ;RJ3，RJ5選ISkQ。按上面公式計算可得三個增益如下:
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]第一級既可以實現(xiàn)差分信號輸入，也可以實現(xiàn)單端信號輸入，圖3中以差分信號輸入為例，即圖中的Vi+和V1-，當輸入信號為單端時，將V1-接到參考地上即可。假如第一級的增益切換為G，那么第一級的輸出為GX (Vi+-Vi_)，單端輸入時認為V1-為O。信號經(jīng)過第一級放大后進入第二級。
[0036]b)第二級
[0037]第二級接收第一級的輸出信號，實現(xiàn)信號的衰減，共模電壓疊加，差分輸出。第二級由電阻RJ6，RJ7，RJ8，RJ9，RJlO，RJlI, Rl，R2，電容Cl，C2和運算放大器C和D組成。
[0038]該級電路中Rl，R2，Cl，C2的電路結(jié)構(gòu)利于驅(qū)動大電容，從而降低AD的采樣噪聲。Rl, R2，Cl，C2對衰減倍數(shù)沒有影響。電容Cl，C2的選擇要滿足整個電路的帶寬要求，Cl和RJ9形成RC低通濾波器，C2和RJlO形成RC低通濾波器，這兩個低通濾波器的上限截止頻率都要與整個放大電路的帶寬相適應。電阻Rl，R2起到隔離電阻的作用，一般阻值小于100Q，大多數(shù)情況下IOQ可以滿足要求，具體數(shù)值在實際調(diào)試時，依據(jù)整個電路驅(qū)動的電容大小，運算放大器C和D的參數(shù)而定。
[0039]衰減倍數(shù)由精密電阻RJ6，RJ7，RJ8，RJ9決定，必須滿足RJ6 = RJ8，RJ7 = RJ9，衰Rjl
減倍數(shù)為^77。例如:如果第二級要誤差0.2倍，那么RJ6和RJ8可選Ik Q，RJ7和RJ9可
RJo
選 5kQ。
[0040]RJ10, RJll和運算放大器D實現(xiàn)共模電壓的疊加，必須滿足RJlO = RJ11。其中Vcm為共模電壓，電阻R3是可選電阻。
[0041]第二級的輸出為差分信號Vo+和Vo-，共模電壓為Vcm?？芍苯舆B接后級AD采集
芯[0042]去掉RJ10，RJlI, R2，R3，C2，運算放大器D和共模電壓Vcm，并將Vo-接到參考地
上，可實現(xiàn)單端輸出。
[0043]整個調(diào)理電路的增益由第一級和第二級電路共同決定。例如第一級的增益為1，10，100，第二級的衰減為0.2，那么整個調(diào)理電路的增益為0.2，2，20。
【權(quán)利要求】
1.一種信號調(diào)理電路,其特征在于:包括信號輸入電路和信號輸出電路；所述信號輸入電路包括正信號輸入單兀、負信號輸入單兀和第一中間電阻R-1 ;所述正信號輸入單兀包括正信號放大器Ul、正信號切換開關SW-1和正信號電阻單元；所述負信號輸入單元包括負信號放大器U2、負信號切換開關SW-2和負信號電阻單元；所述正信號電阻單元包括N個串聯(lián)的正信號電阻RJ-1 ;所述正信號切換開關SW-1包括N+1個輸入端和一個輸出端；所述負信號電阻單元包括N個串聯(lián)的負信號電阻RJ-2 ;所述負信號切換開關SW-2包括N+1個輸入端和一個輸出端；N為大于等于I的整數(shù)；所述正信號電阻單兀的一端接正信號放大器Ul的輸出端；所述負信號電阻單元的一端接負信號放大器U2的輸出端；所述正信號電阻單元的另一端通過第一中間電阻R-1與負信號電阻單元的另一端連接；所述N個正信號電阻RJ-1分別串接在正信號切換開關SW-1的N+1個輸入端之間；所述N個負信號電阻RJ-2分別串接在負信號切換開關SW-2的N+1個輸入端之間；所述正信號切換開關SW-1的輸出端接正信號放大器Ul的負極輸入端；所述負信號切換開關SW-2的輸出端接負信號放大器U2的負極輸入端；所述正信號輸入單元和負信號輸入單元結(jié)構(gòu)對稱，參數(shù)一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號調(diào)理電路，其特征在于:所述信號輸出電路包括正信號輸出單元、負信號輸出單元、第二中間電阻R-2;所述正信號輸出單元包括正信號放大器U3、正信號輸出電阻單兀和輸出電容Cl ;所述負信號輸出單兀包括負信號放大器U4、負信號輸出電阻單兀和輸出電容C2 ;所述正信號輸出電阻單兀包括M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3和M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4 ;所述負信號輸出電阻單元包括M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5和M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ;M為大于等于I的整數(shù)；所述輸出電容Cl的一端接正信號放大器U3的負極輸入端；所述輸出電容Cl的另一端接正信號放大器U3的輸出端；所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4與輸出電容Cl并聯(lián)；所述輸出電容C2的一端接負信號放大器U4的負極輸入端；所述輸出電容C2的另一端接接負信號放大器U4的輸出端；所述M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6與輸出電容C2并聯(lián)；所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的一端接正信號放大器U3的正極輸入端；所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3的另一端接正信號輸入單元；所述M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的一端接負信號放大器U4的正極輸入端；所述M個串聯(lián)的負陽極信號輸出電阻RJ-5的另一端接Vcm ;所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的一端接負信號輸入單元；所述M個串聯(lián)的正陰極信號輸出電阻RJ-4的另一端接M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6 ;所述M個串聯(lián)的正陽極信號輸出電阻RJ-3通過第二中間電阻R-2與M個串聯(lián)的負陰極信號輸出電阻RJ-6連接；所述正信號輸出單元和負信號輸出單元結(jié)構(gòu)與參數(shù)均一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號調(diào)理電路，其特征在于:所述正信號切換開關SW-1和負信號切換開關SW-2是機械開關、模擬開關、跳線或繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號調(diào)理電路，其特征在于:所述正信號電阻單元、負信號電阻單元以及第一中間電阻R-1中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號調(diào)理電路，其特征在于:所述正信號輸出電阻單元、負信號輸出電阻單元以及第二中間電阻R-2中的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻、網(wǎng)絡電阻。
【文檔編號】H03M1/54GK203423676SQ201320564922
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】郭恩全, 孫金寶, 王江, 郭建, 楊朋 申請人:陜西海泰電子有限責任公司