一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路制造技术

本发明专利技术涉及一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路。该大动态范围信号放大及高分辨采集电路通过设置信号放大模块、信号分段编码模块、采集控制模块和数据合成模块，使得整个大动态范围信号放大及高分辨采集电路可以根据输入信号的动态范围和信号采集分辨力要求，将大动态信号进行实时幅值分段，分割为与输入动态范围相匹配的信号段，进行实时分段采集和实时数据拼接，从而达到大动态信号的高分辨采集。

【技术实现步骤摘要】
一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路
本专利技术涉及信号放大调理与采集电路领域，特别是涉及一种大动态范围的信号放大及高分辨采集电路。
技术介绍
在工程领域，微信号的拾取与高分辨采集是制约仪器发展的关键技术之一。例如在水声、舰船、特种车辆等密闭空间、地下采矿环境等强噪声环境下对噪声和信号进行测量，在医学领域需对微弱生物电信号进行测量、光电微弱信号采集、大动态超声信号采集等操作，常遇到大动态范围信号的采集问题，此类信号特点是：信号非周期性、大动态范围瞬变、信号频率成分复杂且带宽范围宽。在许多应用领域，对于此类信号的采集一方面要求瞬态大动态范围全信号线性放大，另一方面要求对其进行高分辨采集。一般放大器的放大倍数固定，难以满足大动态信号全信号放大，往往会出现小信号放大满足采集后，大信号会饱和，或大信号满足后小信号采样分辨率不够的矛盾。而若采用自动增益控制，会出现信号幅值与实际信号的不一致，不能保持信号幅值的线性，影响测量精度。此外，由于受模数转换器(ADC)输入信号动态范围和量化位数分辨力的限制，很难达到既满足大的动态信号采集，又满足高量化分辨率的要求。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路，包括：信号放大模块、信号分段编码模块、采集控制模块和数据合成模块；所述信号放大模块分别与所述信号分段编码模块和所述采集控制模块连接；所述信号分段编码模块分别与所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；所述信号放大模块用于将接收到的信号进行放大；所述信号分段编码模块用于对放大后的信号进行分段和编码，并用于根据分段和编码后的信号生成控制逻辑信号；所述采集控制模块用于根据所述控制逻辑信号采集分段信号；所述数据合成模块用于将分段和编码后的信号以及采集的分段信号进行合成。优选地，所述信号放大模块包括多个级联的放大器；第一级放大器的输入端与信号源连接；每级所述放大器的输出端均与所述信号分段编码模块和所述采集控制模块连接。优选地，所述信号分段编码模块包括：锁存编码器和多个比较器；所述比较器的第一输入端与所述放大器的输出端连接；所述比较器的第二输入端用于输入基准电压；所述比较器的输出端与所述锁存编码器的输入端连接；所述锁存编码器的输出端分别与所述采集控制模块和所述数据合成模块连接。优选地，所述比较器的个数和所述放大器的个数相同。优选地，所述采集控制模块包括：选通开关和AD采集器；所述锁存编码器的第一输出端与所述选通开关的信号控制端连接；所述放大器的输出端与所述选通开关的第一输入端连接；所述选通开关的输出端与所述AD采集器的输入端连接；所述AD采集器的输出端与所述数据合成模块连接。优选地，所述信号分段编码模块还包括判别器；所述判别器的输入端与信号源连接；所述判别器的输出端与所述锁存编码器的第二输入端连接；所述判别器用于判断信号是否超过基准电压值；当信号超过基准电压值时接入衰减器，使所述衰减器的输入端与信号源连接，所述衰减器的输出端与所述选通开关的第二输入端连接。优选地，所述数据合成模块包括：基本数据存储器、采集存储器和数据合成器；所述基本数据存储器的输入端与所述锁存编码器的第二输出端连接；所述采集存储器的输入端与所述AD采集器的输出端连接；所述基本数据存储器的输出端和所述采集存储器的输出端均与所述数据合成器的输入端连接。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的大动态范围信号放大及高分辨采集电路，通过设置信号放大模块、信号分段编码模块、采集控制模块和数据合成模块，使得整个大动态范围信号放大及高分辨采集电路可以根据输入信号的动态范围和信号采集分辨力要求，将大动态信号进行实时幅值分段，分割为与采集设备输入动态范围相匹配的信号段，进行实时分段采集和实时数据拼接，从而达到大动态信号的高分辨采集。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的大动态范围信号放大及高分辨采集电路的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的信号分段编码模块的结构示意图。符号说明：1-信号放大模块，2-信号分段编码模块，3-采集控制模块，4-数据合成模块，5-信号源，6-衰减器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种采用简单的运放电路结构将信号分段处理，使信号输出控制在较为恒定的范围内的信号放大及高分辨采集电路，以在具有简单易实现的数据恢复功能的同时，具有大动态范围、高分辨率、结构简单等特点。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的基本思想是根据ADC(Analog-to-DigitalConverter，模/数转换器或者模拟/数字转换器)输入信号的动态范围和信号采集分辨力要求，将大动态信号进行实时幅值分段，分割为与ADC输入动态范围相匹配的信号段，进行实时分段采集和实时数据拼接，从而达到大动态信号的高分辨采集。基于此，如图1所示，本专利技术提供的大动态范围信号放大及高分辨采集电路，包括：信号放大模块1、信号分段编码模块2、采集控制模块3和数据合成模块4。信号放大模块1分别与信号分段编码模块2和采集控制模块3连接。信号分段编码模块2分别与采集控制模块3和数据合成模块4连接。采集控制模块3和数据合成模块4连接。信号放大模块1用于将接收到的信号进行放大。信号分段编码模块2用于对放大后的信号进行分段和编码，并用于根据分段和编码后的信号生成控制逻辑信号。采集控制模块3用于根据控制逻辑信号采集分段信号。数据合成模块4用于将分段和编码后的信号以及采集的分段信号进行合成。其中，上述信号放大模块1包括多个级联的放大器。第一级放大器的输入端与信号源5连接。每级放大器的输出端均与信号分段编码模块2和采集控制模块3连接。如图2所示，上述信号分段编码模块2包括：锁存编码器和多个比较器。比较器的第一输入端与放大器的输出端连接。比较器的第二输入端用于输入基准电压。比较器的输出端与锁存编码器的第一输入端连接。锁存编码器的输出端分别与采集控制模块3和数据合成模块4连接。优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路，其特征在于，包括：信号放大模块、信号分段编码模块、采集控制模块和数据合成模块；/n所述信号放大模块分别与所述信号分段编码模块和所述采集控制模块连接；所述信号分段编码模块分别与所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；/n所述信号放大模块用于将接收到的信号进行放大；所述信号分段编码模块用于对放大后的信号进行分段和编码，并用于根据分段和编码后的信号生成控制逻辑信号；所述采集控制模块用于根据所述控制逻辑信号采集分段信号；所述数据合成模块用于将分段和编码后的信号以及采集的分段信号进行合成。/n

【技术特征摘要】
1.一种大动态范围信号放大及高分辨采集电路，其特征在于，包括：信号放大模块、信号分段编码模块、采集控制模块和数据合成模块；
所述信号放大模块分别与所述信号分段编码模块和所述采集控制模块连接；所述信号分段编码模块分别与所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；所述采集控制模块和所述数据合成模块连接；
所述信号放大模块用于将接收到的信号进行放大；所述信号分段编码模块用于对放大后的信号进行分段和编码，并用于根据分段和编码后的信号生成控制逻辑信号；所述采集控制模块用于根据所述控制逻辑信号采集分段信号；所述数据合成模块用于将分段和编码后的信号以及采集的分段信号进行合成。


2.根据权利要求1所述的大动态范围信号放大及高分辨采集电路，其特征在于，所述信号放大模块包括多个级联的放大器；
第一级放大器的输入端与信号源连接；
每级所述放大器的输出端均与所述信号分段编码模块和所述采集控制模块连接。


3.根据权利要求2所述的大动态范围信号放大及高分辨采集电路，其特征在于，所述信号分段编码模块包括：锁存编码器和多个比较器；
所述比较器的第一输入端与所述放大器的输出端连接；所述比较器的第二输入端用于输入基准电压；所述比较器的输出端与所述锁存编码器的第一输入端连接；所述锁存编码器的输出端分别与所述采集控制模块和所述数据合成模块连接。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩焱，邵亚璐，王鉴，庞存锁，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14