本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種信號(hào)采樣電路、信號(hào)采樣裝置和信號(hào)采樣方法。
背景技術(shù):
隨著技術(shù)的發(fā)展,控制類器件或裝置被應(yīng)用于不同領(lǐng)域的不同產(chǎn)品中,以使產(chǎn)品具有更好的操控性和智能化。這些控制類器件或裝置通常由電信號(hào)進(jìn)行控制,在不同的工作狀態(tài)具有不同的電流、電壓或功耗,例如啟動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)或待機(jī)狀態(tài)等。而在實(shí)施控制時(shí)需要對(duì)這些不同的電流、電壓或功耗進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而能夠更精確的實(shí)施控制,因此需要由信號(hào)采樣電路進(jìn)行采樣,從而得到精確的采樣信號(hào)。
例如,在智能門鎖功耗測(cè)試應(yīng)用中,門鎖靜態(tài)電流低于100uA,喚醒時(shí)達(dá)到100mA,開門時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以達(dá)到400mA。測(cè)量門鎖上的部分模塊靜態(tài)工作電流時(shí)為1uA級(jí)別,需要高精度分辨率進(jìn)行測(cè)量。但是,通?,F(xiàn)有技術(shù)在對(duì)智能門鎖進(jìn)行功耗測(cè)試時(shí)需要對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行放大處理,采樣信號(hào)放大的同時(shí)干擾信號(hào)也被放大,濾除干擾信號(hào)校準(zhǔn)困難使得采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度相互制約,且在放大倍數(shù)很大時(shí)無(wú)法做到精確校準(zhǔn)。因此經(jīng),現(xiàn)有技術(shù)的采樣測(cè)試存在對(duì)信號(hào)微小時(shí)的采樣精度低、采樣結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種信號(hào)采樣電路、信號(hào)采樣裝置和信號(hào)采樣方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)的采樣測(cè)試存在信號(hào)微小時(shí)采樣精度低、采樣結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
第一方面,提供一種信號(hào)采樣電路,包括控制單元和級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元,所述控制單元與各個(gè)所述運(yùn)放單元電連接,N為大于或等于2的整數(shù);
第1級(jí)所述運(yùn)放單元,用于通過(guò)接收源電壓信號(hào),并以所述源電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理;
第k級(jí)所述運(yùn)放單元,用于以前一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,k=2,3,4……N;
所述控制單元,用于由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào)。
本實(shí)施例中,通過(guò)在所述信號(hào)采樣電路中設(shè)置所述控制單元和級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元,級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元逐級(jí)對(duì)所述源電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,使所述信號(hào)采樣電路能夠適應(yīng)更大范圍的所述源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
結(jié)合第一方面,在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述控制單元,具體用于:
以各級(jí)所述運(yùn)放單元滿載時(shí)的輸入信號(hào)的值為各自的采樣臨界值;
在采樣時(shí)逐級(jí)判斷,當(dāng)所述第1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值大于或等于所述第1級(jí)運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定所述第1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)作為所述采樣信號(hào);當(dāng)?shù)趉-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值小于第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),且第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)大于或等于第k級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為所述采樣信號(hào);當(dāng)最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入出信號(hào)小于最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為所述采樣信號(hào)。
本實(shí)施例中,通過(guò)各級(jí)所述運(yùn)放單元滿載且零輸入確定各級(jí)所述運(yùn)放單元對(duì)應(yīng)的所述臨界采樣值,以所述臨界采樣值對(duì)相應(yīng)的所述運(yùn)放單元進(jìn)行校準(zhǔn),提高采樣精度和采樣準(zhǔn)確性。
結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式,在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述控制單元,還用于所述信號(hào)采樣電路在上電后且未接所述源電壓信號(hào)時(shí),獲取各級(jí)所述運(yùn)放單元的所述輸出信號(hào)作為各級(jí)所述運(yùn)放單元的自校準(zhǔn)參數(shù),根據(jù)各個(gè)所述自校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)各個(gè)所述自校準(zhǔn)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)的所述運(yùn)放單元進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。
結(jié)合第一方面,在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述運(yùn)放單元具有信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、第一電壓端和第二電壓端;
第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端接后一級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸入端,第k級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸入端接前一級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端;
各級(jí)所述運(yùn)放單元的第一電壓端接高電平電壓,各級(jí)所述運(yùn)放單元的第二電壓端接地電源電壓。
結(jié)合第一方面和第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式,在第一方面的第四種可能實(shí)現(xiàn)方式中,所述運(yùn)放單元包括運(yùn)放集成電路芯片,所述運(yùn)放集成電路芯片包括兩個(gè)第一增益端、一個(gè)第二增益端、第一驅(qū)動(dòng)電壓端、第二驅(qū)動(dòng)電壓端、同相輸入端、反相輸入端和輸出端;
所述運(yùn)放單元還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容、第三電容和兩個(gè)鉗位二極管,
所述運(yùn)放集成電路芯片的兩個(gè)第一增益端通過(guò)第一電阻連接;
所述運(yùn)放集成電路芯片的反相輸入端通過(guò)第二電阻接所述運(yùn)放單元的第二電壓端;
所述運(yùn)放集成電路芯片的第一驅(qū)動(dòng)電壓端接所述運(yùn)放單元的第一電壓端、以及通過(guò)第一電容接所述運(yùn)放單元的第二電壓端;
所述運(yùn)放集成電路芯片的第二驅(qū)動(dòng)電壓端接所述運(yùn)放單元的第二電壓端;
所述運(yùn)放集成電路芯片的同相輸入端接所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸入端;
所述運(yùn)放集成電路芯片的輸出端通過(guò)第三電阻接所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端連接,第二電容連接于所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端和所述運(yùn)放單元的第二電壓端之間,兩個(gè)鉗位二極管串接于所述運(yùn)放單元的第一電壓端和第二電壓端之間,且兩個(gè)鉗位二極管之間的連接端接所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端;
所述運(yùn)放集成電路芯片的第二增益端通過(guò)并聯(lián)的第四電阻和第三電容接所述運(yùn)放單元的第二電壓端。
結(jié)合第一方面,在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述控制單元包括中央處理器、嵌入式微控制器、數(shù)據(jù)信號(hào)處理器和單片機(jī)中的任意一種。
結(jié)合第一方面、第一方面的第一種至第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式,在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述信號(hào)采樣電路還包括N-1個(gè)保護(hù)單元,所述保護(hù)單元包括第一端和第二端;
N個(gè)所述運(yùn)放單元中任意相鄰兩級(jí)所述運(yùn)放單元中,前一級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸出端通過(guò)所述保護(hù)單元接后一級(jí)所述運(yùn)放單元的信號(hào)輸入端。
結(jié)合第一方面,在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述保護(hù)單元為保護(hù)電阻。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:通過(guò)在所述信號(hào)采樣電路中設(shè)置所述控制單元和級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元,級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元逐級(jí)對(duì)所述源電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,使所述信號(hào)采樣電路能夠適應(yīng)更大范圍的所述源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
第二方面,提供一種信號(hào)采樣裝置,包括如第一方面、第一方面的第一種至第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式提供的所述信號(hào)采樣電路。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:通過(guò)在所述信號(hào)采樣電路中設(shè)置所述控制單元和級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元,級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元逐級(jí)對(duì)所述源電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,使所述信號(hào)采樣電路能夠適應(yīng)更大范圍的所述源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
第三方面,提供一種信號(hào)采樣方法,采用如第一方面、第一方面的第一種至第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式提供的所述信號(hào)采樣電路,方法包括:
使第1級(jí)所述運(yùn)放單元接收所述源電壓信號(hào),并以所述源電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理;
使第k級(jí)所述運(yùn)放單元以前一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理;
通過(guò)所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為所述采樣信號(hào)。
結(jié)合第三方面,在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述通過(guò)所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為所述采樣信號(hào),包括:
以各級(jí)所述運(yùn)放單元滿載時(shí)的輸入信號(hào)的值為各自的采樣臨界值;
在采樣時(shí)逐級(jí)判斷,當(dāng)所述第1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值大于或等于所述第1級(jí)運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定所述第1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)作為所述采樣信號(hào);當(dāng)?shù)趉-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值小于第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),且第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)大于或等于第k級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定第k-1級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為所述采樣信號(hào);當(dāng)最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入出信號(hào)小于最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的所述采樣臨界值時(shí),確定最后一級(jí)所述運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為所述采樣信號(hào)。
結(jié)合第三方面和第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式,在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中,所述通過(guò)所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為所述采樣信號(hào)之前,還包括:
在所述信號(hào)采樣電路在上電后且未接收所述源電壓信號(hào)時(shí),通過(guò)所述控制單元獲取各級(jí)所述運(yùn)放單元的所述輸出信號(hào)作為各級(jí)所述運(yùn)放單元的自校準(zhǔn)參數(shù),根據(jù)各個(gè)所述自校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)各個(gè)所述自校準(zhǔn)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)的所述運(yùn)放單元進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:使所述信號(hào)采樣電路通過(guò)級(jí)聯(lián)的N級(jí)所述運(yùn)放單元逐級(jí)對(duì)所述源電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,使所述信號(hào)采樣電路能夠適應(yīng)更大范圍的源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而使所述控制單元由各級(jí)所述運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)采樣電路的示意圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種信號(hào)采樣電路中各運(yùn)放單元的端口連接示意圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種信號(hào)采樣電路中各運(yùn)放單元的端口連接示意圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具體的運(yùn)放單元的原理圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)采樣裝置的示意圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種信號(hào)采樣裝置的示意圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供一種信號(hào)采樣方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要注意的是,自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的,僅用于解釋本發(fā)明,而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
參見(jiàn)圖1,本發(fā)明實(shí)施例提供一種信號(hào)采樣電路10,包括控制單元11和級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12,N級(jí)運(yùn)放單元12如圖1所示的G1、G2……Gn-1和Gn,控制單元11與各個(gè)運(yùn)放單元12電連接,N為大于或等于2的整數(shù)。為了方便說(shuō)明,在實(shí)施例中不再詳細(xì)說(shuō)明G1、G2……Gn-1和Gn,但由上應(yīng)該清楚G1、G2……Gn-1和Gn與各運(yùn)放單元12的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
第1級(jí)運(yùn)放單元12(如圖1所示的G1),用于接收源電壓信號(hào)V0,并以源電壓信號(hào)V0作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理;
第k級(jí)運(yùn)放單元12(如圖1所示的G2……Gn-1和Gn),用于以前一級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,k=2,3,4……N;
控制單元11,用于各級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào)。
本實(shí)施例中,通過(guò)在信號(hào)采樣電路10中設(shè)置控制單元11和級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12,級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12逐級(jí)對(duì)源電壓信號(hào)V0進(jìn)行運(yùn)放處理,使信號(hào)采樣電路10能夠適應(yīng)更大范圍的源電壓信號(hào)V0,減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而控制單元11由各級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
具體的,控制單元11由各級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),包括:
以各級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí)的輸入信號(hào)的值為各自的采樣臨界值;
在采樣時(shí)逐級(jí)判斷,當(dāng)?shù)?級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)的值大于或等于第1級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值時(shí),確定第1級(jí)運(yùn)放單元12輸入信號(hào)作為采樣信號(hào);當(dāng)?shù)趉-1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)的值小于第k-1級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值時(shí),且第k-1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)大于或等于第k級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值時(shí),確定第k-1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)作為采樣信號(hào);當(dāng)最后一級(jí)運(yùn)放單元12的輸入出信號(hào)小于最后一級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值時(shí),確定最后一級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)作為采樣信號(hào)。
例如,信號(hào)采樣電路包括第1級(jí)運(yùn)放單元12、第2級(jí)運(yùn)放單元12和第3級(jí)運(yùn)放單元12;
在第1級(jí)運(yùn)放單元12接收源電壓信號(hào)V0的情況下,即第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)也為V0,為了方便說(shuō)明,在此處將第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)記為第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)V0;此情況下,具有如下信號(hào)和取值:
第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)V0,輸出信號(hào)V1,采樣臨界值為S1;
第2級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)V1,輸出信號(hào)V2,采樣臨界值為S2;
第3級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)V2,輸出信號(hào)V3,采樣臨界值為S3;
在采樣時(shí)逐級(jí)判斷如下:
當(dāng)V0≥S1,確定第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)V0為采樣信號(hào);
當(dāng)V0<S1且V1≥S2,確定第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)V1為采樣信號(hào);
當(dāng)V1<S2且V2≥S3,確定第2級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)V2為采樣信號(hào);
當(dāng)V2<S3,選第2級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)V3為采樣信號(hào)。
在具有更多級(jí)運(yùn)放單元12時(shí)仍然遵循上述規(guī)律,在此不再例舉。
需要說(shuō)明的是,第1級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí)輸入信號(hào)的值即為源電壓信號(hào)V0的值,相應(yīng)的,第k級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí)第k-1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)與第k級(jí)運(yùn)放單元12此時(shí)的輸入信號(hào)是同一信號(hào)。例如,當(dāng)源電壓信號(hào)V0使第1級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí),以源電壓信號(hào)V0的值作為第1級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值,也即以第1級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí)該第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)的值作為該第1級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值;當(dāng)?shù)?級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)使第2級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí),以第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)的值作為第2級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值,也即以第2級(jí)運(yùn)放單元12滿載時(shí)該第2級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)的值作為該第2級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值;依次類推,得到第1級(jí)運(yùn)放單元12、第2級(jí)運(yùn)放單元12……第N級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值。在采樣時(shí)逐級(jí)判斷第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)的值、第2級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)的值……第N級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)的值中的一個(gè)是否滿足小于前一級(jí)運(yùn)放單元12的采樣臨界值且大于或等于當(dāng)前運(yùn)放單元12的采樣臨界值時(shí),若是,則確定當(dāng)前運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)作為采樣信號(hào)。
相應(yīng)的,確定了各級(jí)運(yùn)放單元12的臨界采樣值的基礎(chǔ)上,控制單元11還用于信號(hào)采樣電路10在上電后且未接收源電壓信號(hào)時(shí),獲取各級(jí)運(yùn)放單元12的輸出信號(hào)作為各級(jí)運(yùn)放單元12的自校準(zhǔn)參數(shù),根據(jù)各個(gè)自校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)各個(gè)自校準(zhǔn)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)的運(yùn)放單元12進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。本實(shí)施例中,通過(guò)各級(jí)運(yùn)放單元12滿載且零輸入確定各級(jí)運(yùn)放單元12對(duì)應(yīng)的臨界采樣值,以臨界采樣值對(duì)相應(yīng)的運(yùn)放單元12進(jìn)行校準(zhǔn),提高采樣精度和采樣準(zhǔn)確性。
需要說(shuō)明的是,k是由2至N取值的,即k的取值是取決于N。例如,N等于2時(shí),k取值2;又例如,N等于3時(shí),k由2至3取值;又例如N等于4時(shí),k由2至4取值;依次類推,在此不一一舉例。
參見(jiàn)圖2,為了使本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)采樣電路10更易于理解,提供第一種信號(hào)采樣電路10中各運(yùn)放單元12的端口連接示意圖,并說(shuō)明如下:
運(yùn)放單元12具有信號(hào)輸入端121、信號(hào)輸出端122、第一電壓端123和第二電壓端124;
第k-1級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122接后一級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸入端121,第k級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸入端121接前一級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122;
各級(jí)運(yùn)放單元12的第一電壓端123接高電平電壓A3V3,各級(jí)運(yùn)放單元12的第二電壓端124接地電源電壓GND。
這也意味著控制單元11與第1級(jí)運(yùn)放單元12的輸入端121和各級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122連接,在此不在贅述。
在圖2所示的信號(hào)采樣電路10基礎(chǔ)上,為了對(duì)各運(yùn)放單元12進(jìn)行保護(hù),參見(jiàn)圖3提供的信號(hào)采樣電路10還包括N-1個(gè)保護(hù)單元14,保護(hù)單元14包括第一端141和第二端142;N個(gè)運(yùn)放單元12中任意相鄰兩級(jí)運(yùn)放單元12中,前一級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122通過(guò)保護(hù)單元接后一級(jí)運(yùn)放單元12的信號(hào)輸入端121。其中,保護(hù)單元14可以為保護(hù)電阻,在此不再贅述。
為了更詳細(xì)的描述的本發(fā)明實(shí)施例的提供的信號(hào)采樣電路10,結(jié)合圖1至圖3提供如圖4所示的一種具體運(yùn)放單元12的電路圖,其中,運(yùn)放單元12的第一電壓端123接高電平電壓A3V3,運(yùn)放單元12的第二電壓端124接地電源電壓GND,在下述的實(shí)施描述中為了說(shuō)明運(yùn)放單元12的電路與運(yùn)放單元12的端口之間的關(guān)系,以第一電壓端123代替高電平電壓A3V3,以第二電壓端12代替接地電源電壓GND,詳細(xì)說(shuō)明如下:
運(yùn)放單元12包括運(yùn)放集成電路芯片U1,運(yùn)放集成電路芯片U1包括兩個(gè)第一增益端R1、一個(gè)第二增益端R2、第一驅(qū)動(dòng)電壓端V+、第二驅(qū)動(dòng)電壓端V-、同相輸入端VIN+、反相輸入端VIN-和輸出端V0;
運(yùn)放單元12還包括第一電阻R10、第二電阻R11、第三電阻R12、第四電阻R13、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和兩個(gè)鉗位二極管D1和D2,
運(yùn)放集成電路芯片U1的兩個(gè)第一增益端R1通過(guò)第一電阻R10連接;
運(yùn)放集成電路芯片U1的反相輸入端VIN-通過(guò)第二電阻R11接運(yùn)放單元12的第二電壓端124;
運(yùn)放集成電路芯片U1的第一驅(qū)動(dòng)電壓端V+接運(yùn)放單元12的第一電壓端123、以及通過(guò)第一電容C1接運(yùn)放單元12的第二電壓端124;
運(yùn)放集成電路芯片U1的第二驅(qū)動(dòng)電壓端V-接運(yùn)放單元12的第二電壓端124;
運(yùn)放集成電路芯片U1的同相輸入端VIN+接運(yùn)放單元12的信號(hào)輸入端121;
運(yùn)放集成電路芯片U1的輸出端V0通過(guò)第三電阻R12接運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122連接,第二電容C2連接于運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122和運(yùn)放單元12的第二電壓端124之間,兩個(gè)鉗位二極管D1和D2串接于運(yùn)放單元12的第一電壓端123和第二電壓端124之間,且兩個(gè)鉗位二極管D1和D2之間的連接端接運(yùn)放單元12的信號(hào)輸出端122;
運(yùn)放集成電路芯片U1的第二增益端R2通過(guò)并聯(lián)的第四電阻R13和第三電容C3接運(yùn)放單元12的第二電壓端124。
在相鄰的運(yùn)放單元12之間設(shè)置電阻R14,其中,電阻R14作為保護(hù)單元14。
控制單元11可以包括中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)、數(shù)據(jù)信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,DSP)和單片機(jī)中的任意一種。當(dāng)然還可以包括使上述的中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)、數(shù)據(jù)信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,DSP)或單片機(jī)能夠運(yùn)行的外圍電路,在此不再贅述。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:通過(guò)在信號(hào)采樣電路10中設(shè)置控制單元11和級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12,級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12逐級(jí)對(duì)源電壓信號(hào)V0進(jìn)行運(yùn)放處理,使信號(hào)采樣電路10能夠適應(yīng)更大范圍的源電壓信號(hào)V0,減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而控制單元11由各級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
參見(jiàn)圖5,本發(fā)明實(shí)施例還提供一種信號(hào)采樣裝置20,包括上實(shí)施例提供的信號(hào)采樣電路10。
本實(shí)施例中信號(hào)采樣電路10所接收的源電壓信號(hào)V0,有以下說(shuō)明:
源電壓信號(hào)V0可以是采樣信號(hào)源所輸出的電壓信號(hào),即采樣信號(hào)源直接輸出源電壓信號(hào)V0。此種情況下信號(hào)采樣電路10可以直接對(duì)該采樣信號(hào)源所輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。
源電壓信號(hào)V0也可以是采樣信號(hào)源輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)。此種情況下,可以設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換電路以將采樣信號(hào)源輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),該轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)即為源電壓信號(hào)V0。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路可以是采樣電阻或積分電路。
因此,為了適應(yīng)輸出信號(hào)性質(zhì)不同的采樣信號(hào)源,可以選擇是否增加信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,可以在信號(hào)采樣裝置20之外設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,即信號(hào)采樣裝置20不包含信號(hào)轉(zhuǎn)換電路;也可以在信號(hào)采樣裝置20內(nèi)設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,即信號(hào)采樣裝置2包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
信號(hào)采樣裝置20包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路舉例如下:例如圖6所示的信號(hào)采樣裝置20包括信號(hào)采樣電路10和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路13,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路13與采樣電路10電連接,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路13將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為源電壓信號(hào)V0,并輸出至信號(hào)轉(zhuǎn)換電路10。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:信號(hào)采樣裝置20包括信號(hào)采樣電路10,通過(guò)在信號(hào)采樣電路10中設(shè)置控制單元11和級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12,級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元12逐級(jí)對(duì)源電壓信號(hào)V0進(jìn)行運(yùn)放處理,使信號(hào)采樣電路10能夠適應(yīng)更大范圍的源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而控制單元11由各級(jí)運(yùn)放單元12的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
參見(jiàn)圖7,本發(fā)明實(shí)施例還提供一種信號(hào)采樣方法,采用如上實(shí)施例提供的信號(hào)采樣電路,方法包括:
701、使第1級(jí)運(yùn)放單元接收源電壓信號(hào),并以源電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理。
702、使第k級(jí)運(yùn)放單元以前一級(jí)運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理。
703、通過(guò)控制單元由各級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)如下:
以各級(jí)運(yùn)放單元滿載時(shí)的輸入信號(hào)的值為各自的采樣臨界值;
在采樣時(shí)逐級(jí)判斷,當(dāng)?shù)?級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值大于或等于第1級(jí)運(yùn)放單元的采樣臨界值時(shí),確定第1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)作為采樣信號(hào);當(dāng)?shù)趉-1級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)的值小于第k-1級(jí)運(yùn)放單元的采樣臨界值時(shí),且第k-1級(jí)運(yùn)放單元的輸出信號(hào)大于或等于第k級(jí)運(yùn)放單元的采樣臨界值時(shí),確定第k-1級(jí)運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為采樣信號(hào);當(dāng)最后一級(jí)運(yùn)放單元的輸入出信號(hào)小于最后一級(jí)運(yùn)放單元的采樣臨界值時(shí),確定最后一級(jí)運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為采樣信號(hào)。
通過(guò)控制單元各級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào)之前,還包括:
在信號(hào)采樣電路在上電后且未接源電壓信號(hào)時(shí),通過(guò)控制單元獲取各級(jí)運(yùn)放單元的輸出信號(hào)作為各級(jí)運(yùn)放單元的自校準(zhǔn)參數(shù),根據(jù)各個(gè)自校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)各個(gè)自校準(zhǔn)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)的運(yùn)放單元進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。
本發(fā)明實(shí)施例有益效果如下:使信號(hào)采樣電路通過(guò)級(jí)聯(lián)的N級(jí)運(yùn)放單元逐級(jí)對(duì)源電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放處理,使信號(hào)采樣電路能夠適應(yīng)更大范圍的源電壓信號(hào),減少采樣信號(hào)的范圍與采樣之后精度的相互制約,進(jìn)而使控制單元由各級(jí)運(yùn)放單元的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中選擇一個(gè)作為采樣信號(hào),保證采樣的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種信號(hào)采樣電路、信號(hào)采樣裝置和信號(hào)采樣方法可以為設(shè)備上的特定硬件或者安裝于設(shè)備上的軟件或固件等。本發(fā)明實(shí)施例所提供的裝置,其實(shí)現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和前述方法實(shí)施例相同,為簡(jiǎn)要描述,裝置實(shí)施例部分未提及之處,可參考前述方法實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到,為描述的方便和簡(jiǎn)潔,前述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過(guò)程,均可以參考上述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程,在此不再贅述。
在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中,應(yīng)該理解到,所揭露裝置和方法,可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的,例如,所述單元的劃分,僅僅為一種邏輯功能劃分,實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式,又例如,多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng),或一些特征可以忽略,或不執(zhí)行。另一點(diǎn),所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過(guò)一些通信接口,裝置或單元的間接耦合或通信連接,可以是電性,機(jī)械或其它的形式。
所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位于一個(gè)地方,或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上??梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。
另外,在本發(fā)明提供的實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中,也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在,也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。
所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí),可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?;谶@樣的理解,本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái),該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中,包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī),服務(wù)器,或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM,Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng),因此,一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義,則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋,此外,術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述,而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述實(shí)施例,僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式,用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制,本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化,或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改、變化或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。。
顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。