一种具有线性隔离特性的模数转换电路制造技术

本实用新型专利技术涉及模数转换中信号处理技术领域，具体涉及一种输出范围可调且具有线性隔离特性的模数转换电路，包括：输入信号调理模块，用于将输入的电流或电压信号转换成所需幅值的电压信号，并将所述的电压信号输出到线性隔离模块；所述的线性隔离模块，将所述的电压信号进行模拟隔离，最后将电压信号按照芯片需求进行调节，滤波，输出至A/D转换模块进行模数转换，转换后的数字量代入单片机程序进行运算。该模数转换电路采用模拟隔离和电源隔离的双重隔离，增强了抗干扰能力，内部电路结构精炼，通过配置端口接线方式即可实现电压和电流的切换测量，通过改变内部极少部分器件的参数，即可改变输入到输出的增益系数，适应不同的测量系统。

A Linear Isolation Analog-to-Digital Conversion Circuit

The utility model relates to the field of signal processing technology in analog-to-digital conversion, in particular to an analog-to-digital conversion circuit with adjustable output range and linear isolation characteristics, including: an input signal conditioning module for converting the input current or voltage signal into the voltage signal of the required amplitude, and outputting the voltage signal to the linear isolation module; Finally, the voltage signal is adjusted according to chip requirements, filtered, output to A/D conversion module for analog-to-digital conversion, and the converted digital quantities are substituted into the MCU program for calculation. The dual isolation of analog isolation and power isolation is adopted in the analog-to-digital conversion circuit, which enhances the anti-interference ability. The internal circuit structure is refined. The switching measurement of voltage and current can be realized by configuring the port wiring mode. By changing the parameters of a few internal devices, the gain coefficient from input to output can be changed to adapt to different measurement systems.

【技术实现步骤摘要】
一种具有线性隔离特性的模数转换电路
本技术涉及模数转换中信号处理
，具体涉及一种输出范围可调且具有线性特性的模数转换电路。技术背景在计算机数据采集系统、测量仪表等诸多工业测量中,都需要用到A/D转换，将模拟量转换为计算机可识别的数字量，而在A/D转换之前，都需要解决一个共性问题，就是工业现场模拟信号采集过程的抗干扰问题，在进行现场测量时，各种电磁信号会随着被测信号进入测量系统，造成测量的准确性降低，另一方面，测量系统与被测系统“共地”也会引入干扰，造成测量系统不稳定。传统的模拟前端处理电路往往只能处理一种电压信号或电流信号，功能单一，目前常用的隔离方法有隔离放大器、数字光电隔离器，前者有良好的线性度和稳定性，但是成本太高，使用与要求较高的场合，后者也可以模拟隔离，但是要加一些辅助器件,但由于数字光电隔离器本身的非线性，导致这种隔离电路线性度不高，测量不准确。鉴于上述测量方法的缺陷，我们急需一种电路结构简单，线性度好，测量功能多样，测试准确，干扰小，抗干扰能力强的测量方法。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种结构简单，抗干扰能力强，处理功能多样，具有线性隔离特性的模数转换电路，根据本技术设计的模拟前端处理电路，输出电压线性度好，干扰小，稳定性强。所述线性光耦型号为HCRN201，运算放大器型号为OP-07。优选的，所述A/D转换模块的芯片为速度和分辨率可调的24位高速转换芯片LTC2440。优选的，所述的信号处理电路包括一个脉冲输入端子X1；三个用来抑制尖峰干扰的磁珠FB1，FB2，FB3；一个保险丝F1；一个电阻R1；两个分压电阻R2，R3；一个稳压管D1；三个滤波电容C1，C2，C3。优选的，所述的线性隔离模块包括两个限流电阻R4，R5；两个运算放大器IC1，IC2；两个反馈电容C4，C5；一个控制输出电压大小的电阻R6；滤波电容C6，C7；一个线性光耦HCNR201，以及其内部的一个LED和两个光敏二极管PD1，PD2。优选的，所述的线性隔离模块包括滤波部分的四个电容C8、C9、C10、C11，两个电感L1、L2，两个电阻R7、R8；一个AD转换芯片U1；优选的，所述的信号处理电路的端子X1的一脚、二脚、三脚分别与FB1、FB2、FB3的一脚相连；FB1的二脚与F1的一脚连接，F1的二脚分别与R1、D1、C1、C2、R2的一脚连接；FB2的二脚与R1的一脚相连；R2的二脚分别与信号处理电路输入端、C3和R3的一脚相连；FB3、C1、D1、C2、C3、R3的二脚都与GND1相连。优选的，所述的线性隔离模块的输入端与限流电阻R4的一脚相连；限流电阻R4的二脚分别与反馈电容C4的一脚，运算放大器IC1的反向输入端以及负反馈光敏二极管PD1的阴极相连；限流电阻R5的一脚分别与反馈电容C4的二脚以及运算放大器IC1的六脚相连；限流电阻R5的二脚接LED阴极，LED阳极接VDD；光敏二极管PD2的阴极与运算放大器IC2的二脚，R6的一脚以及C5的一脚相连；IC2的输出端分别与R6的二脚，C5的二脚，C6的一脚以及C7的一脚相连；PD1的同向输入端以及PD1的阳极接GND1；LED的阳极接电源VDD；IC1、IC2的七脚与电源VCC+相连；IC1、IC2的四脚与电源VCC-相连；IC2的同向输入端、PD2的阳极以及C6、C7的的二脚均与GND2相连，IC2的输出端与单片机的A/D转换模拟量输入引脚相连。优选的，所述的A/D转换模块的输入端分别与L1、C8的一端相连；L1的二脚分别接C10、R7的一脚相连；C10的二脚接电感L2和电阻R8的一脚；L2的二脚接C9的一脚；R7的二脚分别与A/D转换芯片的五脚以及C11的一脚相连；C11的二脚分别与U1的六角以及R8的二脚相连；C8、C9的二脚，A/D转换芯片U1的SDI、EXT、CS、VREF-均接GND；VREF+接电源VCC1；本技术采用上述技术方案，本技术具有以下技术效果：本技术的具有线性特性的模数转换电路能够稳定、准确的对电流或电压信号进行处理，模拟信号进入后，首先经过磁珠滤除尖峰干扰，再经过电容滤波，分压电阻作用，得到期望的电压幅值，得到的电压信号进入信号处理模块，经过限流电阻进入运算放大器，运算放大器的输出进入线性光耦，光耦前后的电源和地隔离，防止干扰，经过光电转换后，一方面进行负反馈控制，达到稳定LED输出光强度，改善线性光耦的线性度的目的，另一方面输出至下一级电阻和运算放大器，使电流信号向电压信号转换，并且可调节阻值使输出端达到期望电压值。在经过滤波后，电压信号进入A/D转换模块，完成模拟量向数字量的转换，最终进入单片机进行程序运算。本技术的数字化模拟前端处理电路实现了电压或电流信号的数字化、采用模拟隔离和电源隔离的双重隔离，增强了抗干扰能力，提升了测量结果的准确度，内部电路结构精炼，通过配置端口接线方式即可实现电压和电流的切换测量，通过改变内部极少部分器件的参数，即可改变输入到输出的增益系数，以适应不同的测量系统需求，使用方便，实用性强。附图说明图1是本技术实施的具有线性隔离特性的模数转换电路的结构示意图：其中1、电压信号；2、电流信号；3、信号调理模块；4、线性隔离模块；5、A/D转换模块；6、单片机模块；图2是本技术的信号调理模块的原理图；图3是本技术的线性隔离模块的原理图。图4是本技术的A/D转换模块的原理图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案以及优点更加清楚，以下结合附图和实施实例对本技术的实施方式作进一步详细描述。如图1所示，本技术提供一种输出范围可调且具有线性隔离特性的模数转换电路，包括：输入信号调理模块，用于将输入的电流信号或电压信号转换成所需幅值的电压信号，并将所述的电压信号输入到线性隔离模块；所述的线性隔离模块，将所述的电压信号进行模拟隔离，同时对隔离模块前后级的电源进行隔离，最后将电压信号按照自身需求进行调节，滤波，输入至A/D转换模块进行A/D转换，电压信号转换成数字量后进入单片机程序进行运算。如图2所示，本技术提供的信号处理电路，包括一个脉冲输入端子X1；三个用来抑制尖峰干扰的磁珠FB1，FB2，FB3；一个保险丝F1；一个电阻R1；两个分压电阻R2，R3；一个稳压管D1；三个滤波电容C1，C2，C3。其中，端子X1的一脚、二脚、三脚分别与FB1、FB2、FB3的一脚相连；FB1的二脚与F1的一脚连接，F1的二脚分别与R1、D1、C1、C2、R2的一脚连接；FB2的二脚与R1的一脚相连；R2的二脚分别与信号处理电路输入端、C3和R3的一脚相连；FB3、C1、D1、C2、C3、R3的二脚都与GND1相连。如图2所示，本技术提供的线性隔离模块，包括两个限流电阻R4，R5；两个运算放大器IC1，IC2；两个反馈电容C4，C5；一个控制输出电压大小的电阻R6；滤波电容C6，C7；一个线性光耦HCNR201，以及其内部的一个LED和两个光敏二极管PD1，PD2；电源VCC及VDD。其中，线性隔离模块的输入端与限流电阻R4的一脚相连；限流电阻R4的二脚分别与反馈电容C4的一脚，运算放大器IC1的反向输入端以及负反馈光敏二极管PD1的阴极相连；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，包括：输入信号调理模块，线性隔离模块，A/D转换模块；所述的输入信号调理模块，用于将输入的电流信号或电压信号转换成所需幅值的电压信号，并将所述的电压信号输出到线性隔离模块；所述的线性隔离模块，整体结构由两个运算放大器和一个线性光耦组成，功能是将所述的电压信号进行模拟隔离，同时对隔离模块前后级的电源进行隔离，最后将电压信号按照自身需求进行调节、滤波、输入至A/D转换模块；所述的A/D转换模块，使用了外部的A/D转换芯片，干扰小，转换速度快，分辨率高，功能是将处理后的电压信号转换成数字量，以供单片机使用。

【技术特征摘要】
1.一种具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，包括：输入信号调理模块，线性隔离模块，A/D转换模块；所述的输入信号调理模块，用于将输入的电流信号或电压信号转换成所需幅值的电压信号，并将所述的电压信号输出到线性隔离模块；所述的线性隔离模块，整体结构由两个运算放大器和一个线性光耦组成，功能是将所述的电压信号进行模拟隔离，同时对隔离模块前后级的电源进行隔离，最后将电压信号按照自身需求进行调节、滤波、输入至A/D转换模块；所述的A/D转换模块，使用了外部的A/D转换芯片，干扰小，转换速度快，分辨率高，功能是将处理后的电压信号转换成数字量，以供单片机使用。2.根据权利要求1所述的具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，所述的输入信号调理模块包括电压输入通道和电流输入通道，二者可根据实际情况进行切换。3.根据权利要求1所述的具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，所述线性光耦型号为HCRN201，运算放大器型号为OP-07，所述A/D转换模块芯片为速度和分辨率可调的24位高速转换芯片LTC2440。4.根据权利要求1所述的具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，所述的输入信号调理模块包括一个脉冲输入端子X1；三个用来抑制尖峰干扰的磁珠FB1，FB2、FB3；一个保险丝F1；一个电阻R1；两个分压电阻R2、R3；一个稳压管D1；三个滤波电容C1、C2、C3。5.根据权利要求1所述的具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，所述的线性隔离模块包括两个限流电阻R4、R5；两个运算放大器IC1、IC2；两个反馈电容C4、C5；一个控制输出电压大小的电阻R6；滤波电容C6、C7；一个线性光耦HCNR201，以及其内部的一个LED和两个光敏二极管PD1、PD2。6.根据权利要求1所述的具有线性隔离特性的模数转换电路，其特征在于，所述的A/D转换模块包括滤波部分的四个电容C8、C9、C10、C11，两个电感L1、L2，两个电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓辰，郑立召，李博文，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：河北,13