一种模拟量输出电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了模拟量输出电路，包括PWM信号发生器、电平转换电路、滤波电路和差分放大电路；PWM信号发生器的第一端口输出PWM信号；电平转换电路的输入端与PWM信号发生器的第一端口连接，对PWM信号进行电平转换；滤波电路的输入端与电平转换电路的输出端连接，对经过电平转换的PWM信号进行滤波；差分放大电路的反向输入端与滤波电路的输出端连接，对滤波电路输出的直流信号进行放大处理。本实用新型公开的模拟量输出电路能够输出高精度的模拟信号。
【专利说明】一种模拟量输出电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电气控制自动化【技术领域】，尤其涉及一种模拟量输出电路。
【背景技术】
[0002]模拟量输出电路用于将PWM (脉冲宽度调制)信号转换为模拟信号，以驱动模拟器件。
[0003]现在的模拟量输出电路主要包括滤波电路和信号放大电路。其中，滤波电路对PWM信号发生器输出的PWM信号进行滤波处理以形成直流信号，滤波电路输出的直流信号的电压与PWM信号的占空比相关，在PWM信号的高低电平信号的电压不变的情况下，滤波电路输出的直流电压随着PWM信号的占空比的增大而增大。信号放大电路用于对滤波电路输出的直流信号进行放大处理，以输出直流信号。
[0004]但是，现有的模拟量输出电路的精度较低，这是由于PWM信号发生器输出的PWM信号存在压降，导致滤波电路输出的直流信号也会出现压降，再经过放大电路的处理，最终输出的直流信号将出现更大的压降，远低于目标电压值。举例进行说明:当PWM信号的占空比为50%时，滤波电路输出的直流信号的理想电压为3.3V，之后再经过信号放大电路进行3倍放大处理，从而得到9.9V的电压信号，接近目标电压值10V，但是由于PWM信号本身存在压降，会导致滤波电路输出的直流信号的电压小于3.3V，之后经过信号放大电路的处理，输出的直流信号的电压值小于9.9V，与目标电压值之间的差值较大，输出模拟信号的精度较低。
[0005]因此，如何提供一种高精度的模拟量输出电路是本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种模拟量输出电路，以输出高精度的模拟信号。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0008]本实用新型公开了一种模拟量输出电路，包括PWM信号发生器、电平转换电路、滤波电路和差分放大电路；
[0009]所述PWM信号发生器的第一端口输出PWM信号；
[0010]所述电平转换电路的输入端与所述PWM信号发生器的第一端口连接，对所述PWM信号进行电平转换；
[0011]所述滤波电路的输入端与所述电平转换电路的输出端连接，对经过电平转换的PWM信号进行滤波；
[0012]所述差分放大电路的反向输入端与所述滤波电路的输出端连接，对所述滤波电路输出的直流信号进行放大处理。
[0013]优选的，在上述模拟量输出电路中，所述电平转换电路包括第一反相器、第二反相器、第一电阻、第二电阻和第三电阻；[0014]所述第一反相器的输入端作为所述电平转换电路的输入端连接至所述PWM信号发生器的第一端口，所述第一反相器的输出端通过所述第一电阻连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端通过所述第三电阻接地，所述第一反相器的输入端通过所述第二电阻接地，所述第一反相器的输出端连接至所述滤波电路的输入端。
[0015]优选的，在上述模拟量输出电路中，所述滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容；
[0016]所述第四电阻的第一端连接至所述第一反相器的输出端，所述第四电阻的第二端通过所述第一电容接地，所述第五电阻的第一端连接至所述第四电阻的第二端，所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端作为所述滤波电路的输出端。
[0017]优选的，在上述模拟量输出电路中，所述差分放大电路包括运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；
[0018]所述第六电阻的第一端连接至所述第二反相器的输出端，所述第六电阻的第二端同时连接至所述第七电阻的第一端以及所述第八电阻的第一端，所述第七电阻的第二端接地，所述第八电阻的第二端连接至所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的反向输入端连接至所述第五电阻的第二端，所述运算放大器输出端同时连接至所述第二电容的第二端以及所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端作为所述差分放大电路的输出端，所述第十电阻的第一端连接至所述第九电阻的第二端，所述第十电阻的第二端连接至所述第四电阻的第二端。
[0019]优选的，在上述模拟量输出电路中，所述PWM信号发生器为单片机。
[0020]由此可见，本实用新型的有益效果为:本实用新型公开的模拟量输出电路，包括PWM信号发生器、电平转换电路、滤波电路和差分放大电路，其中电平转换电路对PWM信号发生器输出的PWM信号进行电平转换，通过设置电平转换电路的电平转换比例，以使得差分放大电路的正向输入端和反向输入端之间的输入电压差接近理想值，从而提高输出的模拟信号的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本实用新型公开的一种模拟量输出电路的结构示意图；
[0023]图2为本实用新型公开的另一种模拟量输出电路的电路图；
[0024]图3为图2中的第一反相器、第二反相器和第一电阻的等效电路图。
【具体实施方式】
[0025]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]本实用新型公开了一种模拟量输出电路，能够输出高精度的模拟信号。
[0027]参见图1，图1为本实用新型公开的一种模拟量输出电路的结构示意图。该模拟量输出电路包括脉冲宽度调制PWM信号发生器100、电平转换电路200、滤波电路300和差分放大电路400。
[0028]其中:
[0029]PWM信号发生器100用于输出PWM信号。具体的,PWM信号发生器100的第一端口输出一路PWM信号，该第一端口为PWM信号发生器100的信号输出端口。
[0030]电平转换电路200的输入端与PWM信号发生器100的第一端口连接，电平转换电路200对PWM信号进行电平转换。电平转换电路200能够对PWM信号发生器100输出的PWM信号进行电平转换，从而调整差分放大电路400的两个输入端之间的电压差。通过设置电平转换电路200的电平转换比例，使得差分放大电路400的正向输入端和反向输入端之间的输入电压差接近理想值，该理想值是与差分放大电路400的放大倍数适配的，从而提高输出的模拟信号的精度。
[0031]滤波电路300的输入端与电平转换电路200的输出端连接，滤波电路300对经过电平转换的PWM信号进行滤波，以输出直流信号。
[0032]差分放大电路400的反向输入端与滤波电路300的输出端连接，差分放大电路400对滤波电路300输出的直流信号进行放大处理，从而输出直流信号，该直流信号为用于驱动模拟器件的模拟信号。差分放大电路400的放大倍数设置为较大数值，具体地，差分放大电路400的实际放大倍数要适当大于计算出的理论放大倍数。
[0033]本实用新型公开的模拟量输出电路，包括PWM信号发生器100、电平转换电路200、滤波电路300和差分放大电路400，其中电平转换电路200对PWM信号发生器100输出的PWM信号进行电平转换，通过设置电平转换电路200的电平转换比例，以使得差分放大电路400的正向输入端和反向输入端之间的输入电压差接近理想值，从而提高输出的模拟信号的精度。
[0034]需要说明的是，本实用新型中的PWM信号发生器100可以为微控制器，如MCU (单片机)，也可以由定时器和晶体管构成，通过定时器控制晶体管的导通和关断以实现PWM信号的输出。
[0035]实施中，电平转换电路200、滤波电路300和差分放大电路400可以采用多种现有的结构实现。本实用新型公开了电平转换电路200、滤波电路300和差分放大电路400的一种结构。下面结合图2进行说明。
[0036]参见图2，图2为本实用新型公开的另一种模拟量输出电路的电路图。该模拟量输出电路包括PWM信号发生器100、电平转换电路200、滤波电路和差分放大电路。
[0037]其中:
[0038]PWM信号发生器100的第一端口输出一路PWM信号。
[0039]电平转换电路200包括第一反相器Ul、第二反相器U2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第一反相器Ul的输入端作为电平转换电路200的输入端连接至PWM信号发生器100的第一端口，第一反相器Ul的输出端通过第一电阻Rl连接至第二反相器U2的输出端，第二反相器U2的输入端通过第三电阻R3接地，第一反相器Ul的输入端通过第二电阻R2接地，第一反相器Ul的输出端连接至滤波电路的输入端。
[0040]在电平转换电路200中，第二电阻R2和第三电阻R3作为下拉电阻，使得第一反相器Ul和第二反相器U2的输出处于稳定状态。第一反相器U1、第二反相器U2和第一电阻Rl的等效电路如图3所示，其中电阻Ru为第一反相器Ul的输入/输出阻抗，电阻Rd为第二反相器U2的输入/输出阻抗，电阻Ru、电阻Rd和第一电阻Rl形成一个电阻分压电路，稳定输出电压Vo。通过调整第一电阻Rl的阻值，可以调整第一电阻Rl两端的电压No’从而调整差分放大电路的正向输入端和反向输入端之间的输入电压差。通过适当放大差分电路的放大倍数与调节第一电阻Rl，可使得输出的直流信号接近理想值。
[0041 ] 滤波电路为两级RC低通滤波电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容Cl和第二电容C2。其中，第四电阻R4的第一端连接至第一反相器Ul的输出端，第四电阻R4的第二端通过第一电容Cl接地，第五电阻R5的第一端连接至第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端与第二电容C2的第一端连接,第五电阻R5的第二端作为滤波电路的输出端。
[0042]其中，第四电阻R4和第一电容Cl构成第一级滤波电路，第五电阻R5和第二电容C2构成第二级滤波电路。
[0043]差分放大电路包括运算放大器U3、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。其中，第六电阻R6的第一端连接至第二反相器U2的输出端，第六电阻R6的第二端同时连接至第七电阻R7的第一端以及第八电阻R8的第一端，第七电阻R7的第二端接地，第八电阻R8的第二端连接至运算放大器U3的正向输入端，运算放大器U3的反向输入端连接至第五电阻R5的第二端，运算放大器U3的输出端同时连接至第二电容C2的第二端以及第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端作为差分放大电路的输出端，第十电阻RlO的第一端连接至第九电阻R9的第二端，第十电阻RlO的第二端连接至第四电阻R4的第二端。
[0044]差分放大电路的放大倍数设置为较大数值，通过适当放大差分放大电路的放大倍数使输出的直流信号能够大于目标值，然后通过调节第一电阻Rl可使得输出的直流信号接近理想值，从而提高输出的模拟信号的精度。
[0045]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0046]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种模拟量输出电路，其特征在于，包括脉冲宽度调制PWM信号发生器、电平转换电路、滤波电路和差分放大电路； 所述PWM信号发生器的第一端口输出PWM信号； 所述电平转换电路的输入端与所述PWM信号发生器的第一端口连接，对所述PWM信号进行电平转换； 所述滤波电路的输入端与所述电平转换电路的输出端连接，对经过电平转换的PWM信号进行滤波； 所述差分放大电路的反向输入端与所述滤波电路的输出端连接，对所述滤波电路输出的直流信号进行放大处理。
2.根据权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述电平转换电路包括第一反相器、第二反相器、第一电阻、第二电阻和第三电阻； 所述第一反相器的输入端作为所述电平转换电路的输入端连接至所述PWM信号发生器的第一端口，所述第一反相器的输出端通过所述第一电阻连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端通过所述第三电阻接地，所述第一反相器的输入端通过所述第二电阻接地，所述第一反相器的输出端连接至所述滤波电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容； 所述第四电阻的第一端连接至所述第一反相器的输出端，所述第四电阻的第二端通过所述第一电容接地，所述第五电阻的第一端连接至所述第四电阻的第二端，所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端作为所述滤波电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述差分放大电路包括运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻； 所述第六电阻的第一端连接至所述第二反相器的输出端，所述第六电阻的第二端同时连接至所述第七电阻的第一端以及所述第八电阻的第一端，所述第七电阻的第二端接地，所述第八电阻的第二端连接至所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的反向输入端连接至所述第五电阻的第二端，所述运算放大器输出端同时连接至所述第二电容的第二端以及所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端作为所述差分放大电路的输出端，所述第十电阻的第一端连接至所述第九电阻的第二端，所述第十电阻的第二端连接至所述第四电阻的第二端。
5.根据权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述PWM信号发生器为单片机。
【文档编号】G05B19/042GK203747804SQ201420074154
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】张广志, 唐益宏 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司