CN110417411A - 一种信号调理动态放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号调理动态放大电路，包括缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路与处理器单元；所述缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路、处理器单元输入端依次相连；所述处理器输出端与所述动态放大电路输入端相连，用于所述动态放大电路增益的反馈调节。本发明在传感器输出的电压信号发生变化时，能够动态调整放大器增益，使得送到AD的电压信号能始终接近输入的参考电压值，有效的利用AD的转换位数，最大程度的减小量化误差对测量的影响。
Description
技术领域
本发明涉及信号调理电路，尤其涉及一种信号调理动态放大电路。
背景技术
传感器种类繁多，其量程和灵敏度等参数指标各不相同。一般来说，大量程的传感器灵敏度必然偏小；而高灵敏度的传感器量程必然不大。在振动在线监测系统中，某一安装点不可能安装多个不同量程和灵敏度的传感器，不同的安装点其振动特性也不相同；此外，AD量化误差也会对测量精度产生影响。
因AD转换器位数有限，必然存在量化误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD(理想AD)的转移特性曲线(直线)之间的偏差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种信号调理动态放大电路，包括缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路与处理器单元；所述缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路、处理器单元输入端依次相连；所述处理器输出端与所述动态放大电路输入端相连，用于所述动态放大电路增益的反馈调节。
本发明的有益效果在于：本发明在传感器输出的电压信号发生变化时，能够动态调整放大器增益，使得送到AD的电压信号能始终接近输入的参考电压值，有效的利用AD的转换位数，最大程度的减小量化误差对测量的影响。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是动态放大电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明一种信号调理动态放大电路，包括缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路与处理器单元；所述缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路、处理器单元输入端依次相连；所述处理器输出端与所述动态放大电路输入端相连，用于所述动态放大电路增益的反馈调节。
进一步的，所述动态放大电路包括第一电阻、数控电阻与运算放大器；所述动态放大电路输入端通过第一电阻与所述运算放大器反向输入端、数控电阻第一端相连；所述运算放大器输出端与所述数控电阻第二端相连；所述处理器单元与所述数控电阻控制输入端相连。
进一步的，所述数控电阻为数模电阻网络。
进一步的，所述数模电阻网络为数模转换芯片，设数模转换芯片位数为N，CODE为处理器发送给数模转换芯片的数值，Vout为动态放大电路电压输出值，Vin为动态放大电路电压输入值，则输出值与输入值的关系为：Vout＝-Vin(2^N/CODE)。
第一级为缓冲隔离电路，避免后续电路对传感器信号本身造成影响。第二级为高通滤波器，除去信号中直流和超低频成分，保留与振动相关的交流频率成分。第三级为动态放大器电路，通过它对信号进行不同增益的动态放大，保证振动信号大小不低于AD参考电压的80％。第四级为低通滤波器，除去信号中可能耦合的高频噪声。第五级是一个加法电路给信号叠加一个直流偏置，送入处理器单元的模数转换器进行数据采集。
采用高精度数模转换器实现增益可调放大器。数模转换器是用于将数字量转换为模拟电压或电流的器件，其核心是一个由精密电阻和电子开关组成的电阻网络，电子开关的开闭状态受数字指令控制。通过开关状态的不同组合，使电阻网络呈现不同等效电阻值。数模转换器将电阻网络构成电压分压器来使用，当数模转换器输入恒定的参考电压时，分压器的输出电压与电阻网络等效电阻对应，也就与电子开关的组合状况(也就是数字指令的具体数值)一一对应，从而完成数模转换的功能。
当处理器给数模转换芯片发送数字指令后，数模转换芯片电阻网络呈现等效电阻值，根据反向放大器的特性，放大器的增益与反馈电阻成正比，也就和数模电阻网络的等效电阻值成正比。
若采用16位的数模转换芯片为数模电阻网络，设CODE为处理器发送给数模转换芯片的数值，Vout为动态放大电路电压输出值，Vin为动态放大电路电压输入值，则输出值与输入值的关系为：Vout＝-Vin(65536/CODE)。
在运行中，每次模数采样后，处理器判断信号的电压是否低于模数参考电压的80％或是否超出模数参考电压；若信号电压过低或过高，处理器计算出放大器增益调整的幅度，并发送到数模转换芯片；增益调整后处理器单元再次进行模数转换，以此次采样的数值进行处理。
若信号采集单元使用16位的AD转换器，AD转换参考电压为2.5V，在使用本发明之前，放大器的固定增益只能保证传感器满量程时，调整到AD的电压在2.2～2.4V(满量程的88％～96％)。根据这个增益，若传感器信号只有满量程10％的时候，调整到AD的电压只有250mV左右，此时16位的AD转换器有效利用的只有相当于13位AD的水平。AD量化误差对测量带来的误差超过了1％示值。
采用本发明后，即使传感器信号只有满量程的10％，由于增益的调整，也可以将信号放大到2.2～2.4V左右送给AD转换器，有效的利用AD的位数，这样AD量化误差对测量的影响不超过0.1％示值。
本发明在传感器输出的电压信号发生变化时，能够动态调整放大器增益，使得送到AD的电压信号能始终接近输入的参考电压值，有效的利用AD的转换位数，最大程度的减小量化误差对测量的影响。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种信号调理动态放大电路，其特征在于，包括缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路与处理器单元；所述缓冲隔离电路、高通滤波电路、动态放大电路、低通滤波电路、叠加电路、处理器单元输入端依次相连；所述处理器输出端与所述动态放大电路输入端相连，用于所述动态放大电路增益的反馈调节。
2.根据权利要求1所述一种信号调理动态放大电路，其特征在于，所述动态放大电路包括第一电阻、数控电阻与运算放大器；所述动态放大电路输入端通过第一电阻与所述运算放大器反向输入端、数控电阻第一端相连；所述运算放大器输出端与所述数控电阻第二端相连；所述处理器单元与所述数控电阻控制输入端相连。
3.根据权利要求2所述一种信号调理动态放大电路，其特征在于，所述数控电阻为数模电阻网络。
4.根据权利要求3所述一种信号调理动态放大电路，其特征在于，所述数模电阻网络为数模转换芯片，设数模转换芯片位数为N，CODE为处理器发送给数模转换芯片的数值，Vout为动态放大电路电压输出值，Vin为动态放大电路电压输入值，则输出值与输入值的关系为：Vout＝-Vin(2^N/CODE)。
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