一种高精度模拟信号采样电路[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106712774 A(43)申请公布日 2017.05.24

(21)申请号 201610881355.5(22)申请日 2016.09.30

(71)申请人 珠海思创电气有限公司

地址 519000 广东省珠海市高新区创新海

岸科技六路23号厂房(72)发明人 刘恒　

(74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有

限公司 44205

代理人 俞梁清(51)Int.Cl.

H03M 1/12(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

一种高精度模拟信号采样电路(57)摘要

本发明公开了一种高精度模拟信号采样电路，包括若干个互不影响的模拟信号源、若干个分别与所述模拟信号源并联的模数转换电路模块，所述若干个模数转换电路模块中至少包括第一模数转换电路模块，该第一模数转换电路模块的采样范围覆盖该模拟信号输入通道中输入的模拟信号的采样范围，其余模数转换电路模块为包括对模拟信号源的信号进行依次放大、采样范围依次减小且采样分辨率依次增大的若干个放大模数转换电路模块，所述第一模数转换电路模块和所述若干个放大模数转换电路模块的输出端均连接CPU处理器模块。本发明采用一个模拟信号使用多路AD转换通道进行采集，选择最佳转换通道，满足了不同的采样精度的需求，确保了采样精度的准确性。

CN 106712774 ACN 106712774 A

权　利　要　求　书

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1.一种高精度模拟信号采样电路，其特征在于：包括若干个互不影响的模拟信号源、若干个分别与所述模拟信号源并联的模数转换电路模块，所述若干个模数转换电路模块中至少包括第一模数转换电路模块，该第一模数转换电路模块的采样范围覆盖该模拟信号输入通道中输入的模拟信号的采样范围，其余模数转换电路模块为包括对模拟信号源的信号进行依次放大、采样范围依次减小且采样分辨率依次增大的若干个放大模数转换电路模块，所述第一模数转换电路模块和所述若干个放大模数转换电路模块的输出端均连接CPU处理器模块。

2.如权利要求1所述的高精度模拟信号采样电路，其特征在于：所述第一模数转换电路模块包括与所述模拟信号源并联的第一电阻，所述第一电阻第一端连接所述模拟信号高电位，所述第一电阻第二端连接所述模拟信号低电位，所述第一电阻第一端串联有第二电阻，所述第二电阻另一端连接AD转换器模拟量输入端，AD转换器数字量输出端连接CPU处理器模块，所述第二电阻的第二端还连接有第一电容，所述第一电容的第二端连接模拟信号源低电位端。

3.如权利要求1所述的高精度模拟信号采样电路，其特征在于：所述若干个放大模数转换电路模块包括与信号源或与第一模数转换电路模块输出端连接的负反馈放大电路，所述负反馈放大电路的输出端连接AD模数转换器模拟量输入端，所述AD模数转换器模拟量输出端连接CPU处理器模块。

4.如权利要求3所述的高精度模拟信号采样电路，其特征在于：所述若干个放大模数转换电路模块的负反馈放大电路的放大系数不同。

5.如权利要求4所述的高精度模拟信号采样电路，其特征在于：所述负反馈放大电路包括放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容，所述信号源或第一模数转换电路模块输出端连接放大器正相端，所述第三电阻第一端连接信号源或第一模数转换电路模块的低压端，所述第三电阻第二端分别连接所述放大器负相端和第四电阻第一端，所述第四电阻第二端连接所述放大器输出端，所述放大器输出端还串联第五电阻第一端，所述第五电阻第二端连接AD模数转换器输入端，所述AD模数转换器输出端连接CPU处理器模块，所述第五电阻的第二端连接第二电容，所述第二电容的第二端接地。

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说　明　书

一种高精度模拟信号采样电路

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技术领域[0001]本发明涉及模拟信号采样技术领域，具体涉及一种高精度模拟信号采样电路。背景技术[0002]AD转换是测量领域中一个非常重要的部分。为了达到精度比较高的转换效果，技术人员往往选择位数较高的AD转换模块，这样就极大的抬高了硬件设计成本。[0003]也有一种采用反馈的方式对目标多次采样、逐步修正的采样电路。这种做法成本相对便宜，但是软件算法复杂、硬件设计也比较繁复。另外，目前市面上流行的单片ARM芯片为了适应更多的使用场合，往往设计了多达十几路AD转换通道；但是为了控制成本，采样精度大多只有10位或12位，无法满足高精度采样要求。发明内容[0004]基于现有技术的不足，本发明提供了一种高精度模拟信号采样电路，利用ARM芯片的多路AD转换通道，采用一个模拟信号使用多路AD转换通道进行采集，选择最佳转换通道，确保合适的采样精度要求。[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高精度模拟信号采样电路，包括若干个互不影响的模拟信号源、若干个分别与所述模拟信号源并联的模数转换电路模块，所述若干个模数转换电路模块中至少包括第一模数转换电路模块，该第一模数转换电路模块的采样范围覆盖该模拟信号输入通道中输入的模拟信号的采样范围，其余模数转换电路模块为包括对模拟信号源的信号进行依次放大、采样范围依次减小且采样分辨率依次增大的若干个放大模数转换电路模块，所述第一模数转换电路模块和所述若干个放大模数转换电路模块的输出端均连接CPU处理器模块。[0006]进一步的，所述第一模数转换电路模块包括与所述模拟信号源并联的第一电阻，所述第一电阻第一端连接所述模拟信号高电位，所述第一电阻第二端连接所述模拟信号低电位，所述第一电阻第一端串联有第二电阻，所述第二电阻另一端连接AD转换器模拟量输入端，AD转换器数字量输出端连接CPU处理器模块，所述第二电阻的第二端还连接有第一电容，所述第一电容的第二端连接模拟信号源低电位端。[0007]进一步的，所述若干个放大模数转换电路模块包括与信号源或与第一模数转换电路模块输出端连接的负反馈放大电路，所述负反馈放大电路的输出端连接AD模数转换器模拟量输入端，所述AD模数转换器模拟量输出端连接CPU处理器模块。[0008]进一步的，所述若干个放大模数转换电路模块的负反馈放大电路的放大系数不同。[0009]进一步的，所述负反馈放大电路包括放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容，所述信号源或第一模数转换电路模块输出端连接放大器正相端，所述第三电阻第一端连接信号源或第一模数转换电路模块的低压端，所述第三电阻第二端分别连接所述放大器负相端和第四电阻第一端，所述第四电阻第二端连接所述放大器输出端，所述放大器

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说　明　书

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输出端还串联第五电阻第一端，所述第五电阻第二端连接AD模数转换器输入端，所述AD模数转换器输出端连接CPU处理器模块，所述第五电阻的第二端连接第二电容，所述第二电容的第二端接地。[0010]本发明的有益效果为：采用一个模拟信号使用多路AD转换通道进行采集，选择最佳转换通道，满足了不同的采样精度的需求，确保了采样精度的准确性。附图说明[0011] 图1 为本发明具体实施例的电路结构框图；

图2为本发明具体实施例的四路采样且每路采样两路AD转换通道的电路结构框图。具体实施方式[0012]以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。[0013]一种高精度模拟信号采样电路，包括若干个互不影响的模拟信号源、若干个分别与所述模拟信号源并联的模数转换电路模块，若干个模数转换电路模块中至少包括第一模数转换电路模块，该第一模数转换电路模块的采样范围覆盖该模拟信号输入通道中输入的模拟信号的采样范围，其余模数转换电路模块为包括对模拟信号源的信号进行依次放大、采样范围依次减小且采样分辨率依次增大的若干个放大模数转换电路模块，第一模数转换电路模块和若干个放大模数转换电路模块的输出端均连接CPU处理器模块。[0014]如图1所示，为1路模拟信号源、多级放大电路的AD采样电路，其中含有1路未经放大处理、直接采样的AD转换电路和n级放大模数转换电路模块。[0015]第一模数转换电路模块包括与所述模拟信号源并联的第一电阻，第一电阻第一端连接模拟信号高电位，第一电阻第二端连接模拟信号低电位，第一电阻第一端串联有第二电阻，第二电阻另一端连接AD转换器模拟量输入端，AD转换器数字量输出端连接CPU处理器模块，第二电阻的第二端还分别连接有第一电容，第一电容的第二端连接模拟信号源的低电位端，第二电阻和第一电容构成阻容滤波。[0016]若干个放大模数转换电路模块包括与信号源或与第一模数转换电路模块输出端连接的负反馈放大电路，负反馈放大电路的输出端连接AD模数转换器模拟量输入端，AD模数转换器模拟量输出端连接CPU处理器模块。[0017]负反馈放大电路包括放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容，信号源或第一模数转换电路模块输出端连接放大器正相端，第三电阻第一端连接信号源或第一模数转换电路模块的低压端，第三电阻第二端分别连接所述放大器负相端和第四电阻第一端，第四电组第二端连接放大器输出端，放大器输出端还串联第五电阻第一端，第五电阻第二端连接AD模数转换器输入端，AD模数转换器输出端连接CPU处理器模块。若是多级放大的放大模数转换电路模块，其负反馈放大电路的放大系数是不同的。反映在电路上是，每一负反馈放大电路中的第三电阻和第四电阻的比值是不同的，第五电阻的第二端连接第二电容第一端，第二电容第二端接地，第五电阻与第二电容起到对输出信号滤波的作用。

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说　明　书

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此高精度模拟信号采样电路的工作原理为：第一：首先没有信号放大处理功能的第一模数转换电路模块对信号源信号进行采样，第一模数转换电路模块的分辨精度覆盖采样范围；再次，选择其中任一具有放大功能的放大模数转换电路模块通道进行采样，提高较小幅度信号的采样精度，当信号幅度超限时，切换到比此放大倍数小的放大模数转换电路模块通道采样，当信号幅度不超限，切换到放大倍数较大的放大模数转换电路模块进行更高分辨精度的通道继续采集，CPU记录每次采样数据并进行比较，最后确定适合的AD采样通道进行采样。[0019]第二，还可通过最低分辨精度通道的采样数据，分析信号的幅度大小，通过CPU比较，确认选取最合适的采样通道的采样值。[0020]根据实际硬件要求，确认放大级数，当采样信号幅度越小时，为保证采样精度，就需要切换到越放大倍数的通道进行采集。[0021]如图2所示，为四路采样、每路采样使用两路AD转换通道，CT1~CT4为4路模拟信号源，ADC3和放大后的ADC2对应CT1；

ADC4和放大后的ADC5对应CT2；ADC14和放大后的ADC15对应CT3；ADC7和放大后的ADC6对应CT4。[0022]ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC7、ADC14、ADC15连接AD转换器，经AD转换后的数字量输入到CPU处理器。CPU处理器先评估未放大的ADC3、ADC4、ADC7和ADC14通道的采样数据，确定CT1~CT4最终采用分辨精度较低的放大前的AD通道数据还是分辨精度更高的放大后的AD通道数据。[0023]需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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