一种模拟信号采样电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种模拟信号采样电路和方法。该电路包括控制器、低通滤波器以及至少一个比较器。控制器被配置成产生PWM信号，并采集各个比较器的输出；低通滤波器被配置成接收PWM信号并输出模拟电压参考信号；每一个比较器对应一路待采集的模拟信号，每一个比较器被配置成将模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；其中，模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与待采集的模拟信号的采样范围相关联；模拟电压参考信号随着时间进行单向变化，当在第一时刻和第二时刻之间，控制器所采集的某个比较器的输出电平发生了翻转时，则该路待采集的模拟信号与第一时刻和第二时刻所对应的模拟电压参考信号的值相关联。

An analog signal sampling circuit and method

【技术实现步骤摘要】
一种模拟信号采样电路及方法
本专利技术涉及信号采样，尤其涉及模拟信号采样。
技术介绍
在变流器控制领域中，对电压、电流、温度等模拟信号的采集，往往是通过微控制单元(MacroControlUnit，简称MCU)自带的模拟采样模数转换(Analog-to-DigitalConversion，简称A/D)端口，或者使用专门的模拟信号采样芯片进行数据采样，此类方法往往存在弊端，如采样范围一旦硬件电路确立，便不可通过软件调节，大大降低了其通用性；同时，随着控制技术应用的发展，对模拟信号采集数量的需求也越来越多，容易造成MCU模拟采样A/D端口资源的不足，外挂专门的模拟信号采样芯片又需占用MCU的通信端口，给系统架构带来复杂性。因此，亟需一种采样范围能够通过软件调节，且能够不过多占用MCU模拟采样A/D端口、通信端口，采集单路或者多路模拟信号的电路及方法。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供了一种可通过软件实时调节采样范围的模拟信号采样电路，同时可以选择采用开环控制或者闭环控制，对单路或者多路模拟信号进行采样。本专利技术提供了一种模拟信号采样电路，所述电路包括：控制器、低通滤波器以及至少一个比较器。其中：所述控制器被配置成产生脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，简称PWM)信号，并采集各个比较器的输出；所述低通滤波器被配置成接收所述PWM信号并输出模拟电压参考信号；所述至少一个比较器中的每一个比较器对应一路待采集的模拟信号，所述每一个比较器被配置成将所述模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；其中，模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与所述待采集的模拟信号的采样范围相关联；所述模拟电压参考信号随着时间进行单向变化，当在第一时刻和第二时刻之间，所述控制器所采集的某个比较器的输出电平发生了翻转时，则该路待采集的模拟信号与所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的值相关联。在一个实施例中，所述电路还包括：与所述控制器相通信的处理单元。所述处理单元被配置成在所述可调节范围内，单向调节所述模拟电压参考信号的大小，当在第一时刻和第二时刻之间，所述处理单元判断出所述控制器所采集的某个比较器的输出发生了翻转时，则所述处理单元根据所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的平均值确定出该路待采集的模拟信号的大小。在一个实施例中，所述处理单元可以由软件实现。在一个实施例中，所述处理单元通过调节所述控制器输出的PWM信号的占空比或者频率，来实现调节所述模拟电压参考信号。在一个实施例中，所述控制器还被配置成采集所述低通滤波器所输出的模拟电压参考信号，以供所述处理单元校正和调整输出PWM信号的占空比及频率。在一个实施例中，所述控制器为MCU，所述MCU的输入输出口输出所述PWM信号并采集各个比较器的输出，所述MCU的模拟量采样端口采集所述低通滤波器所输出的模拟电压参考信号。在一个实施例中，所述模拟电压参考信号的可调节范围为各路所述待采集的模拟信号的采样范围的并集。在一个实施例中，各个比较器集成在一个多路比较器模块中或者各个比较器在物理上各自独立。本专利技术还提供了又一种模拟信号采样电路，所述电路包括：控制器、第一低通滤波器、第二低通滤波器以及至少一组比较器。其中：所述至少一组比较器中的每一组比较器对应一路待采集的模拟信号，所述每一组比较器包括第一比较器和第二比较器；所述控制器被配置成产生第一PWM信号和第二PWM信号，并采集各个比较器的输出；所述第一低通滤波器被配置成接收所述第一PWM信号并输出第一模拟电压参考信号至所述第一比较器；所述第二低通滤波器被配置成接收所述第二PWM信号并输出第二模拟电压参考信号至所述第二比较器；所述第一比较器被配置成将所述第一模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；所述第二比较器被配置成将所述第二模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；其中，所述第一和第二模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与所述待采集的模拟信号的采样范围相关联；所述第一和第二模拟电压参考信号随着时间同时进行单向变化，当所述控制器检测到所采集的一组比较器中的第一和第二比较器的输出电平先后或同时发生了翻转时，则该组比较器所对应的该路待采集的模拟信号与发生翻转时所对应的所述第一和第二模拟电压参考信号的值相关联。在一个实施例中，所述电路还包括：与所述控制器相通信的处理单元。所述处理单元被设置成在所述可调节范围内，同时单向调节所述第一和第二模拟电压参考信号的大小，当所述处理单元判断出所述控制器所采集的某组比较器的第一比较器和第二比较器的输出电平先后或同时发生了翻转时，则所述处理单元根据发生翻转时所对应的第一模拟电压参考信号和第二模拟电压参考信号的平均值确定出该路待采集的模拟信号的大小。在一个实施例中，所述处理单元可由软件实现。在一个实施例中，所述第一模拟电压参考信号与第二模拟电压参考信号的差值恒定，所述差值的大小与所述待采集的模拟信号的精度有关，所述差值的大小由所述处理单元调整。在一个实施例中，所述处理单元通过调节所述控制器输出的PWM信号的占空比或者频率，来实现调节所述模拟电压参考信号的大小。在一个实施例中，所述控制器还被配置成采集所述低通滤波器所输出的模拟电压参考信号，以供所述处理单元校正和调整输出PWM信号的占空比及频率。在一个实施例中，所述控制器为MCU，所述MCU的输入输出口输出所述第一和第二PWM信号以及采集各个比较器的输出，所述MCU的模拟量采样端口采集所述低通滤波器所输出的第一和第二模拟电压参考信号。在一个实施例中，所述第一和第二模拟电压参考信号的可调节范围为各路所述待采集的模拟信号的采样范围的并集。在一个实施例中，各个比较器集成在一个多路比较器模块中或者各个比较器在物理上各自独立。本专利技术还提供了一种模拟信号采样方法，所述方法包括以下步骤：利用一控制器的输入输出口产生PWM信号；根据所述PWM信号产生模拟电压参考信号；将所述模拟电路参考信号与各路待采集的模拟信号进行比较，比较结果作为输出被采集至所述控制器的输入输出口，其中，该输出为数字量信号；单向调整所述模拟电压参考信号的大小，当在第一时刻和第二时刻之间，所述控制器所采集的某个比较器的输出电平发生了翻转时，则认为该路待采集的模拟信号与所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的值相关联。在一个实施例中，所述方法还包括：计算该路待采集的模拟信号的大小，其中，该路模拟信号的大小为所述处理单元根据所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的平均值。在一个实施例中，单向调整所述模拟电压参考信号的大小包括：通过调整PWM信号的占空比或者频率来调整所述模拟电压参考信号的大小。在一个实施例中，所述方法还包括：利用所述控制器的模拟量采样端口采集所述模拟电压参考信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟信号采样电路，其特征在于，所述电路包括：/n控制器、低通滤波器以及至少一个比较器；/n其中：/n所述控制器被配置成产生PWM信号，并采集各个比较器的输出；/n所述低通滤波器被配置成接收所述PWM信号并输出模拟电压参考信号；/n所述至少一个比较器中的每一个比较器对应一路待采集的模拟信号，所述每一个比较器被配置成将所述模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；/n其中，模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与所述待采集的模拟信号的采样范围相关联；所述模拟电压参考信号随着时间进行单向变化，当在第一时刻和第二时刻之间，所述控制器所采集的某个比较器的输出电平发生了翻转时，则该路待采集的模拟信号与所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的值相关联。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟信号采样电路，其特征在于，所述电路包括：
控制器、低通滤波器以及至少一个比较器；
其中：
所述控制器被配置成产生PWM信号，并采集各个比较器的输出；
所述低通滤波器被配置成接收所述PWM信号并输出模拟电压参考信号；
所述至少一个比较器中的每一个比较器对应一路待采集的模拟信号，所述每一个比较器被配置成将所述模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；
其中，模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与所述待采集的模拟信号的采样范围相关联；所述模拟电压参考信号随着时间进行单向变化，当在第一时刻和第二时刻之间，所述控制器所采集的某个比较器的输出电平发生了翻转时，则该路待采集的模拟信号与所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的值相关联。


2.如权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述电路还包括：
与所述控制器相通信的处理单元，所述处理单元被配置成在所述可调节范围内，单向调节所述模拟电压参考信号的大小，当在第一时刻和第二时刻之间，所述处理单元判断出所述控制器所采集的某个比较器的输出发生了翻转时，则所述处理单元根据所述第一时刻和所述第二时刻所对应的所述模拟电压参考信号的平均值确定出该路待采集的模拟信号的大小。


3.如权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述处理单元通过调节所述控制器输出的PWM信号的占空比或者频率，来实现调节所述模拟电压参考信号。


4.如权利要求2所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述控制器还被配置成采集所述低通滤波器所输出的模拟电压参考信号，以供所述处理单元校正和调整输出PWM信号的占空比及频率。


5.如权利要求4所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述控制器为MCU，所述MCU的输入输出口输出所述PWM信号并采集各个比较器的输出，所述MCU的模拟量采样端口采集所述低通滤波器所输出的模拟电压参考信号。


6.如权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述模拟电压参考信号的可调节范围为各路所述待采集的模拟信号的采样范围的并集。


7.如权利要求1所述的模拟信号采样电路，其特征在于，各个比较器集成在一个多路比较器模块中或者各个比较器在物理上各自独立。


8.一种模拟信号采样电路，其特征在于，所述电路包括：
控制器、第一低通滤波器、第二低通滤波器以及至少一组比较器；
其中：
所述至少一组比较器中的每一组比较器对应一路待采集的模拟信号，所述每一组比较器包括第一比较器和第二比较器；
所述控制器被配置成产生第一PWM信号和第二PWM信号，并采集各个比较器的输出；
所述第一低通滤波器被配置成接收所述第一PWM信号并输出第一模拟电压参考信号至所述第一比较器；
所述第二低通滤波器被配置成接收所述第二PWM信号并输出第二模拟电压参考信号至所述第二比较器；
所述第一比较器被配置成将所述第一模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；
所述第二比较器被配置成将所述第二模拟电压参考信号与对应的待采集的模拟信号进行比较，输出一数字量信号；
其中，所述第一和第二模拟电压参考信号为可调节的，可调节范围与所述待采集的模拟信号的采样范围相关联；所述第一和第二模拟电压参考信号随着时间同时进行单向变化，当所述控制器检测到所采集的一组比较器中的第一和第二比较器的输出电平先后或同时发生了翻转时，则该组比较器所对应的该路待采集的模拟信号与发生翻转时所对应的所述第一和第二模拟电压参考信号的值相关联。


9.如权利要求8所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述电路还包括：
与所述控制器相通信的处理单元，所述处理单元被设置成在所述可调节范围内，同时单向调节所述第一和第二模拟电压参考信号的大小，当所述处理单元判断出所述控制器所采集的某组比较器的第一比较器和第二比较器的输出电平先后或同时发生了翻转时，则所述处理单元根据发生翻转时所对应的第一模拟电压参考信号和第二模拟电压参考信号的平均值确定出该路待采集的模拟信号的大小。


10.如权利要求9所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述第一模拟电压参考信号与第二模拟电压参考信号的差值恒定，所述差值的大小与所述待采集的模拟信号的精度有关，所述差值的大小由所述处理单元调整。


11.如权利要求8所述的模拟信号采样电路，其特征在于，所述处理单元通过调节所述控制器输出的PWM信号的占空比或者频率，来实现调节所述模拟电压参考信号的大小。


12.如权利要求9所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺晓昉，彭再武，杨洪波，张旭辉，罗家运，肖小春，贺蕾，袁莹莹，
申请(专利权)人：湖南中车时代电动汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43