本發(fā)明涉及電路設(shè)計及其工作相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路及其工作方法。

背景技術(shù)：

目前，調(diào)理電路是功率控制系統(tǒng)中模擬信號采集電路必備的環(huán)節(jié)，模擬信號需要經(jīng)過調(diào)理后轉(zhuǎn)化成合適的電氣量送至采樣芯片或DSP自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，常用的模擬信號調(diào)理電路如圖1所示，由跟隨模塊、放大模塊、偏置模塊和濾波模塊4個部分組成。從圖1中可以看出，現(xiàn)有的模擬信號調(diào)理電路存在采用的器件較多，存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號傳輸距離長，占用面積大，故障率高，經(jīng)濟性差等問題。

此外，A/D轉(zhuǎn)換器有單極性和雙極性之分，常用的模擬信號調(diào)理電路更適用于單極性的A/D轉(zhuǎn)換器（例如DSP自帶的A/D轉(zhuǎn)換器），對于雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器而言，實際上不需要偏置電路環(huán)節(jié)，適用于單極性的A/D轉(zhuǎn)換器的調(diào)理電路，其他電路結(jié)構(gòu)對于雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器而言是冗余的。因此，在實際應(yīng)用中，往往由于A/D轉(zhuǎn)換器的單/雙極性差別，造成重新設(shè)計調(diào)理電路，增加了時間成本，靈活性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的模擬信號調(diào)理電路存在采用的器件較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號傳輸距離長，占用面積大，故障率高，經(jīng)濟性差等問題，提供一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，進(jìn)一步通過更合理的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作模式的選擇，解決由于A/D轉(zhuǎn)換器的單/雙極性差別，造成重新設(shè)計調(diào)理電路，增加了時間成本，靈活性較差的問題。

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的第一方面，一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，其特征在于，包括：

濾波模塊，所述濾波模塊為有源二階低通濾波電路，有源二階低通濾波的輸入端輸入初始模擬信號；

放大偏置模塊，所述放大偏置模塊包括，偏置電路和放大電路，所述偏置電路的輸入端連接有源二階低通濾波的輸出端，偏置電路的輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端輸出經(jīng)過調(diào)理的模擬信號。

本發(fā)明中，所述有源二階低通濾波電路，包括第一運算放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1和第二電容C2，所述第二電阻R2的兩端分別連接第一電阻R1和第一運算放大器U1的同相輸入端，第一電阻R1的另一端為有源二階低通濾波電路的輸入端；第一電容C1的一端連接第一電阻R1和第二電阻R2之間的連接點，另一端連接第一運算放大器U1的反向輸入端；第二電容C2的一端與第一運算放大器U1的同相輸入端相連，另一端接地；第一運算放大器U1的反相輸入端與輸出端相連，第一運算放大器U1的輸出端是有源二階低通濾波電路輸出端。

本發(fā)明中，所述偏置電路包括第三電阻R3、第四電阻R4和偏置電壓Vref，所述第三電阻R3的一端為偏置電路的輸入端，另一端為偏置電路的輸出端；第四電阻R4的一端連接偏置電路的輸出端，另一端連接偏置電壓Vref。

所述放大電路為同相放大電路，包括第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U2，所述偏置電路的輸出端連接第二運算放大器U2的同相輸入端；所述第五電阻R5的一端連接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地；所述第六電阻R6的兩端分別連接第二運算放大器U2的反相輸入端和輸出端；第二運算放大器U2的輸出端是放大電路的輸出端。

本發(fā)明的第二方面，另一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，其特征在于，包括：

濾波模塊，所述濾波模塊為有源二階低通濾波電路，有源二階低通濾波的輸入端輸入初始模擬信號；

放大偏置模塊，所述放大偏置模塊包括，偏置選擇電路和放大電路，所述偏置選擇電路設(shè)有偏置選擇開關(guān)，所述偏置選擇開關(guān)控制偏置電壓是否接入偏置選擇電路，所述偏置選擇電路的輸入端連接有源二階低通濾波的輸出端，偏置選擇電路的輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端輸出經(jīng)過調(diào)理的模擬信號。

本發(fā)明中，所述有源二階低通濾波電路，包括第一運算放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1和第二電容C2，所述第二電阻R2的兩端分別連接第一電阻R1和第一運算放大器U1的同相輸入端，第一電阻R1的另一端為有源二階低通濾波電路的輸入端；第一電容C1的一端連接第一電阻R1和第二電阻R2之間的連接點，另一端連接第一運算放大器U1的反向輸入端；第二電容C2的一端與第一運算放大器U1的同相輸入端相連，另一端接地；第一運算放大器U1的反相輸入端與輸出端相連，第一運算放大器U1的輸出端是有源二階低通濾波電路輸出端。

本發(fā)明中，所述偏置選擇電路包括第三電阻R3、第四電阻R4、偏置選擇開關(guān)和偏置電壓Vref，所述第三電阻R3的一端為偏置電路的輸入端，另一端為偏置電路的輸出端；偏置選擇開關(guān)的一端連接偏置電路的輸出端，偏置選擇開關(guān)的另一端連接第四電阻R4，第四電阻R4的另一端連接偏置電壓Vref。

所述偏置選擇開關(guān)為跳針J，跳針J的兩個管腳分別連接偏置電路的輸出端和第四電阻R4。

所述放大電路為同相放大電路，包括第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U2，所述偏置電路的輸出端連接第二運算放大器U2的同相輸入端；所述第五電阻R5的一端連接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地；所述第六電阻R6的兩端分別連接第二運算放大器U2的反相輸入端和輸出端；第二運算放大器U2的輸出端是放大電路的輸出端。

本發(fā)明的第三方面，一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路的工作方法，經(jīng)過調(diào)理的模擬信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：

1）判斷經(jīng)過調(diào)理的模擬信號擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的極性；

2）當(dāng)擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器為單極性時，通過偏置選擇開關(guān)接入偏置電壓，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器為雙極性時，通過偏置選擇開關(guān)不接入偏置電壓。

本發(fā)明的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路及其工作方法，摒棄了現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)理電路由跟隨模塊、放大模塊、偏置模塊和濾波模塊4個復(fù)雜部分組成的缺陷，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，減少器件的數(shù)量、縮短了傳輸距離，降低了故障率，大大節(jié)約了空間和成本；此外優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路可針對單/雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行工作模式靈活的切換，避免了調(diào)理電路的重復(fù)設(shè)計，節(jié)約了時間成本。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為現(xiàn)有模擬信號調(diào)理電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明模擬信號調(diào)理電路第一種實施方式的電路結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本發(fā)明模擬信號調(diào)理電路第二種實施方式的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3所示實施方式適用于單極性A/D轉(zhuǎn)換器的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖3所示實施方式適用于雙極性A/D轉(zhuǎn)換器的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明的主旨在于，通過對現(xiàn)有模擬信號的調(diào)理電路的電路結(jié)構(gòu)和使用場景的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的模擬信號調(diào)理電路存在采用的器件較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號傳輸距離長，占用面積大，故障率高，經(jīng)濟性差等問題，針對A/D轉(zhuǎn)換器的單/雙極性差別，造成需要重新設(shè)計調(diào)理電路，增加了時間成本，存在靈活性較差的問題，通過本發(fā)明提供一種優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路及其工作方法以解決上述問題。

參見圖2，在本實施方式的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，包括濾波模塊和放大偏置模塊2個部分，相對于現(xiàn)有技術(shù)模塊數(shù)量大為減少，電路結(jié)構(gòu)大為精簡，初始的模擬信號Uin經(jīng)過濾波模塊，再通過放大偏置模塊輸出合適的電氣量Uout（經(jīng)過調(diào)理的模擬信號）。

在本實施方式中，濾波模塊采用有源二階低通濾波電路，有源二階低通濾波的輸入端用于輸入初始模擬信號，其包括包括第一運算放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1和第二電容C2，第二電阻R2的兩端分別連接第一電阻R1和第一運算放大器U1的同相輸入端，第一電阻R1的另一端為有源二階低通濾波電路的輸入端；第一電容C1的一端連接第一電阻R1和第二電阻R2之間的連接點，另一端連接第一運算放大器U1的反向輸入端；第二電容C2的一端與第一運算放大器U1的同相輸入端相連，另一端接地；第一運算放大器U1的反相輸入端與輸出端相連，第一運算放大器U1的輸出端是有源二階低通濾波電路輸出端。

濾波模塊采用采用有源二階低通濾波電路，可以濾除初始的模擬信號中的高頻分量；此外濾波模塊還具有較大的輸入阻抗，較小的輸出阻抗的特點，與常用的模擬信號調(diào)理電路中跟隨模塊的功能類似，故在電路中也作為跟隨部分，起緩沖隔離作用，使得后一級的放大偏置模塊更好工作。

有源二階低通濾波電路輸出端連接放大偏置模塊，具體而言，放大偏置模塊包括，偏置電路和放大電路，偏置電路的輸入端連接有源二階低通濾波的輸出端，偏置電路的輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端輸出經(jīng)過調(diào)理的模擬信號。

本實施方式中，偏置電路包括第三電阻R3、第四電阻R4和偏置電壓Vref，第三電阻R3的一端為偏置電路的輸入端，另一端為偏置電路的輸出端；第四電阻R4的一端連接偏置電路的輸出端，另一端連接偏置電壓Vref。放大電路則采用同相放大電路，將模擬信號進(jìn)行同相比例放大，其包括第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U2，偏置電路的輸出端連接第二運算放大器U2的同相輸入端；第五電阻R5的一端連接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地；第六電阻R6的兩端分別連接第二運算放大器U2的反相輸入端和輸出端；第二運算放大器U2的輸出端是放大電路的輸出端，本實施方式還可以通過調(diào)節(jié)第六電阻R6電阻值實現(xiàn)模擬信號的放大倍數(shù)調(diào)整，以滿足AD采樣芯片或DSP的采樣量程范圍要求。

本實施方式在一個具體的實例中，第一運算放大器U1采用OP735，第一電阻R1為15.8kΩ，第二電阻R2為15.8kΩ、第一電容C1為10nF，第二電容C2為10nF；第二運算放大器U2同樣采用OP735，第三電阻R3為20 kΩ，第四電阻R4為50 kΩ，第五電阻R5為20 kΩ，第六電阻R6為50kΩ，偏置電壓Vref設(shè)置為2.5V。通過上述設(shè)置，本實施方式的濾波模塊中有源二階低通濾波電路的截止頻率為1kHz，低頻增益為1，確實實現(xiàn)了有源二階低通濾波電路的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小的特點，也具備跟隨模塊的功能；放大偏置模塊中偏置電路將模擬信號抬高零電位以上，再進(jìn)行同相比例放大，很好地滿足AD采樣芯片或DSP的采樣量程范圍，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，減少器件的數(shù)量、縮短了傳輸距離，降低了故障率，大大節(jié)約了空間和成本。

本實施方式優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，其經(jīng)過調(diào)理的模擬信號較優(yōu)地適合輸入單極性的A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)經(jīng)過調(diào)理的模擬信號擬輸入雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器時，偏置電路實際上是冗余的。

參見圖3，本實施方式的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路與前述實施方式的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路在基本電路結(jié)構(gòu)上是相似的，同樣包括濾波模塊和放大偏置模塊2個部分，且濾波模塊的電路結(jié)構(gòu)與前述的實施方式是相同的，采用有源二階低通濾波電路，其具體結(jié)構(gòu)在前述實施方式中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處不再累述。

本實施方式與前述實施方式的主要區(qū)別在于放大偏置模塊是不同的，具體而言，在本實施方式中，放大偏置模塊包括，偏置選擇電路和放大電路，偏置選擇電路是與前述實施方式主要的區(qū)別點，偏置選擇電路設(shè)有偏置選擇開關(guān)，偏置選擇開關(guān)控制偏置電壓是否接入偏置選擇電路，偏置選擇電路的輸入端同樣連接有源二階低通濾波的輸出端，偏置選擇電路的輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端輸出經(jīng)過調(diào)理的模擬信號。

偏置選擇電路包括第三電阻R3、第四電阻R4、偏置選擇開關(guān)和偏置電壓Vref，第三電阻R3的一端為偏置電路的輸入端，另一端為偏置電路的輸出端；偏置選擇開關(guān)的一端連接偏置電路的輸出端，偏置選擇開關(guān)的另一端連接第四電阻R4，第四電阻R4的另一端連接偏置電壓Vref，在本實施方式中，偏置選擇開關(guān)采用跳針J，跳針J的兩個管腳分別連接偏置電路的輸出端和第四電阻R4。

基于上述設(shè)置，本實施方式的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路，基于偏置選擇開關(guān)的選擇，等效的電路結(jié)構(gòu)可以快速地對是否接入偏置電壓進(jìn)行切換，經(jīng)過調(diào)理的模擬信號，可以快速切換到適用于輸出到單極性的A/D轉(zhuǎn)換器和雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器，并且在適用于雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器時，電路結(jié)構(gòu)不存在冗余。

本實施方式的優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路在工作時，首先判斷經(jīng)過調(diào)理的模擬信號擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的極性，當(dāng)擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器為單極性時，通過偏置選擇開關(guān)接入偏置電壓，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器為雙極性時，通過偏置選擇開關(guān)不接入偏置電壓，判斷模擬信號擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的極性可以由使用者或者機器來實現(xiàn)。

參見圖4和圖5，本實施方式采用跳針J作為偏置選擇開關(guān)時，如果判斷出模擬信號擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的極性為單極性時，將跳針J1的1號和2號管腳相連，優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路的等效電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，偏置電壓Vref被選擇接入；如果判斷出模擬信號擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的極性為雙極性時，將跳針J1的1號和2號管腳不相連，優(yōu)化的模擬信號調(diào)理電路的等效電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，偏置電壓Vref則沒有被接入，這時，調(diào)理電路的的工作模式相當(dāng)于隔離了偏置環(huán)節(jié)。通過上述設(shè)置，模擬信號調(diào)理電路可針對單/雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行工作模式靈活的切換，避免了調(diào)理電路的重復(fù)設(shè)計，節(jié)約了時間成本。

本實施方式的放大電路與前述的實施方式也是相同的，放大電路采用同相放大電路，包括第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U2，偏置電路的輸出端連接第二運算放大器U2的同相輸入端；第五電阻R5的一端連接第二運算放大器U2的反相輸入端，另一端接地；第六電阻R6的兩端分別連接第二運算放大器U2的反相輸入端和輸出端；第二運算放大器U2的輸出端是放大電路的輸出端。

另外，需要指出的是，本發(fā)明前述實施方式各原器件的選型和參數(shù)同樣適應(yīng)于本實施方式，前述實施方式已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此處不再累述。

以上僅就本發(fā)明較佳的實施例作了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。本發(fā)明不僅局限于以上實施例，其具體結(jié)構(gòu)允許有變化。總之，凡在本發(fā)明獨立權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。