一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路。该电路包括依次相连的高频抑制与输入放大电路、信号滤波与增益控制电路、差分输出驱动电路、A/D转换与采集电路。其中信号滤波与增益控制电路用于实现信号的噪声带宽限制和信号滤波，差分输出驱动电路用于实现信号的单端/差分转换以及控制信号输出电压范围，AD转换与采集电路用于实现基于FPGA的NIOSII处理系统和对A/D转换控制、数据采集和处理。本发明专利技术的电路具有更宽的输入范围、可调增益以及随增益而增加的高共模抑制比等特点，其中通过低噪声JFET运算放大器的滤波限制噪声带宽且避免了混叠，除此以外通过低通滤波实现高频带外信号的滤除，能够实现对高噪声环境中的微弱电气信号的调理和采集。

A precise signal conditioning and acquisition circuit in high noise environment

The invention discloses a precise signal conditioning and acquisition circuit in a high noise environment. The circuit includes high frequency suppression and input amplification circuit, signal filter and gain control circuit, differential output drive circuit, A / D conversion and acquisition circuit. Signal filter and gain control circuit are used to realize signal noise bandwidth limitation and signal filtering, differential output drive circuit is used to realize signal single-end/differential conversion and control signal output voltage range, AD conversion and acquisition circuit is used to realize NIOSI processing system based on FPGA, A/D conversion control and data acquisition. Collection and processing. The circuit of the invention has the characteristics of wider input range, adjustable gain and high CMRR which increases with gain. The filter of low noise JFET operational amplifier limits the noise bandwidth and avoids aliasing. Besides, the filter of high frequency out-of-band signal can be realized by low pass filtering, and the high noise loop can be realized. The conditioning and collection of weak electrical signals in the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路
本专利技术属于抗恶劣环境计算机模拟
，特别是一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路。
技术介绍
在工业测量和工业控制的恶劣环境应用领域，一方面，环境噪声很高，另一方面，传感器设备产生的模拟信号极其微弱，传感器产生的信号几乎将被噪声淹没，如果直接进行A/D转换和采集，测控系统将工作失灵，所以需要对传感器产生的信号实施调理。但在高噪声环境中，要把传感器产生的极为微弱的电气信号提取出来，是一项有很大难度的工作。通过信号调理技术，如放大和滤波，有助于提取信号，因为这些技术可提升系统的灵敏度，然后可对信号进行缩放与转换，同时可以实现噪声贡献、环境噪声抑制以及执行高灵敏度测量的能力以便充分利用高性能ADC，实现传感器和高分辨率ADC之间的连接和传感器信号的采集。随着高性能运算放大器和高分辨率ADC的发展，信号调理和采集技术也得到了较好的发展，但高噪声环境下提取微弱的传感信号仍然是调理技术发展重点，现有技术中鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，在高噪声工业应用环境中，将微弱的传感器信号提取出来，并实现采集和处理。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，主要由高频抑制与输入放大电路、信号滤波和增益控制电路、差分输出驱动电路、AD转换与采集电路等组成。高频抑制与输入放大电路实现了高频噪声的抑制和共模干扰信号的滤波，以及输入信号的放大。信号滤波和增益控制电路接收高频抑制与输入放大电路的输出信号，实现该信号的噪声带宽限制和信号滤波。差分输出驱动电路接收信号滤波和增益控制电路的输出信号，实现信号的单端/差分转换以及控制信号输出电压范围。AD转换与采集电路对差分输出驱动电路的输出信号实现A/D转换，实现基于FPGA的NIOSII处理系统和对A/D转换控制、数据采集和处理。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术提供更宽的输入范围、可调增益以及随增益而增加的高共模抑制比；2)本专利技术通过应用声JFET运算放大器实现滤波，限制噪声带宽并避免混叠；3)本专利技术通过低通RC网络实现高频带外信号滤除和环境噪声抑制以及执行高灵敏度测量。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的高噪声环境的信号精密调理及采集电路组成图。图2为高频抑制与输入放大电路图。图3为信号滤波和增益控制电路图。图4为差分输出驱动电路图。图5为AD转换与采集电路图。具体实施方式本专利技术实现了一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，包括高频抑制与输入放大电路、信号滤波和增益控制电路、差分输出驱动电路、A/D转换与采集电路。如图1所示，本专利技术实现了一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，主要由高频抑制与输入放大电路、信号滤波和增益控制电路、差分输出驱动电路、AD转换与采集电路组成。高频抑制与输入放大电路实现了高频噪声的抑制和共模干扰信号的滤波，以及输入信号的放大。信号滤波和增益控制电路接收高频抑制与输入放大电路的输出信号，实现该信号的噪声带宽限制和信号滤波。差分输出驱动电路接收信号滤波和增益控制电路的输出信号，实现信号的单端/差分转换以及控制信号输出电压范围。AD转换与采集电路对差分输出驱动电路的输出信号实现A/D转换，实现基于FPGA的NIOSII处理系统和对A/D转换控制、数据采集和处理。如图2所示，所述高频抑制与输入放大电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一集成电路U1。第一集成电路U1的型号为AD8420。输入信号VIN+端和第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端相连，第一电阻R1的另一端接地，第三电阻R3的另一端和第一电容C1的一端、第三电容C3的一端、第一集成电路U1的第二引脚相连，第一电容C1的另一端接地，输入信号VIN-端和第二电阻R2的一端、第四电阻R4的一端相连，第二电阻R2的另一端接地，第四电阻R4的另一端和第二电容C2的一端、第三电容C3的另一端、第一集成电路U1的第三引脚相连，第二电容C2的另一端接地，第四电容C4的一端和第一集成电路U1的第五引脚相连并接电源+15V，第四电容C4的另一端接地，第五电容C5的一端和第一集成电路U1的第四引脚相连并接电源-15V，第五电容C5的另一端接地，第五电阻R5的一端和第一集成电路U1的第六引脚相连并接地，第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端、第一集成电路U1的第七引脚相连，第六电阻R6的另一端和第一集成电路U1的第八引脚相连并输出信号Vo1。如图3所示，所述信号滤波和增益控制电路包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二集成电路U2。第二集成电路U2的型号为AD8512。高频抑制与输入放大电路输出信号Vo1和第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端、第七电容C7的一端相连，第八电阻R8的另一端和第六电容C6一端、第二集成电路U2的第三引脚相连，第九电阻R9的另一端接地，第六电容C6另一端接地，第八电容C8的一端和第二集成电路U2的第八引脚相连并接电源+15V，第八电容C8的另一端接地，第九电容C9的另一端和第二集成电路U2的第四引脚相连并接电源-15V，第九电容C9的另一端接地，第七电容C7的另一端和第二集成电路U2的第二引脚、第二集成电路U2的第一引脚相连并输出信号Vo2。如图4所示，所述差分输出驱动电路包括第十电容C10、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三集成电路U3。第三集成电路U3的型号为AD8476。信号滤波和增益控制电路输出信号Vo2和第十电阻R10的一端相连，第十电阻R10的另一端和第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端和和第十六电阻R16的一端、第三集成电路U3的第八引脚相连，第十二电阻R12的一端接地，第十二电阻R12的另一端和第十三电阻R13的一端相连，第十三电阻R13的另一端和第十七电阻R17的一端、第三集成电路U3的第一引脚相连，第十四电阻R14的一端接地，第十四电阻R14的另一端和第十五电阻R15的一端、第三集成电路U3的第三引脚相连，第十电容C10的一端和第三集成电路U3的第二引脚相连并接电源+5V，第十电容C10的另一端接地，第三集成电路U3的第七引脚接地，第十五电阻R15的另一端连接电压信号Vref，第十六电阻R16的另一端和第三集成电路U3的第五引脚相连并输出信号Vo-，第十七电阻R17的另一端和第三集成电路U3的第四引脚相连并输出信号Vo+。如图5所示，所述AD转换与采集电路包括第十一电容C11、第十二电容C12、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第四集成电路U4、第五集成电路U5、第六集成电路U6、第七集成电路U7、第八集成电路U8、第九集成电路U9。第四集成电路U4的型号为ADR431，第五集成电路U5的型号为AD7687，第六集成电路U6的型号为EP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，其特征在于，包括依次相连的高频抑制与输入放大电路、信号滤波与增益控制电路、差分输出驱动电路和A/D转换与采集电路；其中，所述高频抑制与输入放大电路，用于抑制高频噪声、滤波共模干扰信号以及放大输入信号；所述信号滤波与增益控制电路，用于接收所述高频抑制与输入放大电路的输出信号，并实现对该输出信号的噪声带宽限制以及信号滤波；所述差分输出驱动电路，用于接收所述信号滤波与增益控制电路的输出信号，并对该输出信号进行单端/差分转换，除此之外还用于控制差分输出驱动电路输出信号的电压范围；所述A/D转换与采集电路，用于对所述差分输出驱动电路的输出信号进行A/D转换，从而实现基于FPGA的NIOSII处理系统以及对A/D转换的控制、数据采集和处理。

【技术特征摘要】
1.一种高噪声环境的信号精密调理及采集电路，其特征在于，包括依次相连的高频抑制与输入放大电路、信号滤波与增益控制电路、差分输出驱动电路和A/D转换与采集电路；其中，所述高频抑制与输入放大电路，用于抑制高频噪声、滤波共模干扰信号以及放大输入信号；所述信号滤波与增益控制电路，用于接收所述高频抑制与输入放大电路的输出信号，并实现对该输出信号的噪声带宽限制以及信号滤波；所述差分输出驱动电路，用于接收所述信号滤波与增益控制电路的输出信号，并对该输出信号进行单端/差分转换，除此之外还用于控制差分输出驱动电路输出信号的电压范围；所述A/D转换与采集电路，用于对所述差分输出驱动电路的输出信号进行A/D转换，从而实现基于FPGA的NIOSII处理系统以及对A/D转换的控制、数据采集和处理。2.根据权利要求1所述的高噪声环境的信号精密调理及采集电路，其特征在于，所述高频抑制与输入放大电路包括第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第一电阻[R1]、第二电阻[R2]、第三电阻[R3]、第四电阻[R4]、第五电阻[R5]、第六电阻[R6]、第一集成电路[U1]；其中第一集成电路[U1]的型号为AD8420；输入信号VIN+端和第一电阻[R1]的一端、第三电阻[R3]的一端相连，第一电阻[R1]的另一端接地，第三电阻[R3]的另一端和第一电容[C1]的一端、第三电容[C3]的一端、第一集成电路[U1]的第二引脚相连，第一电容[C1]的另一端接地；输入信号VIN-端和第二电阻[R2]的一端、第四电阻[R4]的一端相连，第二电阻[R2]的另一端接地，第四电阻[R4]的另一端和第二电容[C2]的一端、第三电容[C3]的另一端、第一集成电路[U1]的第三引脚相连，第二电容[C2]的另一端接地；第四电容[C4]的一端和第一集成电路[U1]的第五引脚相连并接电源+15V，第四电容[C4]的另一端接地；第五电容[C5]的一端和第一集成电路[U1]的第四引脚相连并接电源-15V，第五电容[C5]的另一端接地；第五电阻[R5]的一端和第一集成电路[U1]的第六引脚相连并接地，第五电阻[R5]的另一端和第六电阻[R6]的一端、第一集成电路[U1]的第七引脚相连，第六电阻[R6]的另一端和第一集成电路[U1]的第八引脚相连并输出信号Vo1。3.根据权利要求1或2所述的高噪声环境的信号精密调理及采集电路，其特征在于，所述信号滤波与增益控制电路包括第六电容[C6]、第七电容[C7]、第八电容[C8]、第九电容[C9]、第七电阻[R7]、第八电阻[R8]、第九电阻[R9]、第二集成电路[U2]；其中第二集成电路[U2]的型号为AD8512；所述高频抑制与输入放大电路输出信号Vo1和第七电阻[R7]的一端相连，第七电阻[R7]的另一端和第八电阻[R8]的一端、第九电阻[R9]的一端、第七电容[C7]的一端相连，第八电阻[R8]的另一端和第六电容[C6]一端、第二集成电路[U2]的第三引脚相连，第九电阻[R9]的另一端接地，第六电容[C6]另一端接地；第八电容[C8]的一端和第二集成电路[U2]的第八引脚相连并接电源+15V，第八电容[C8]的另一端接地；第九电容[C9]的一端和第二集成电路[U2]的第四引脚相连并接电源-15V，第九电容[C9]的另一端接地，第七电容[C7]的另一端和第二集成电路[U2]的第二引脚、第二集成电路[U2]的第一引脚相连并输出信号Vo2。4.根据权利要求1或2所述的高噪声环境的信号精密调理及采集电路，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑波祥，罗先培，马金伟，丁进，李大习，宋双，沈浩，徐炜，陈思思，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32