一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子电路技术领域。
【背景技术】
[0002] 模拟信号的处理是测量与控制领域的基础问题。针对不同的传感器，模拟信号可 分为电流信号与电压信号两类；根据不同的电平特性，可以分为单极性与双极性两类；根 据信号的输出方式，又可分为单端与差分两类。差分输入方式较单端输入方式具有更好的 抗干扰能力，但由于单片机（SCM)、数字信号处理器（DSP)、可编程逻辑阵列（FPGA)等微机 系统（MCU)芯片的供电均采用单电源供电，使得模拟信号在进入MCU前必须转换为单极性 单端输入信号。
[0003] 传统的双极性信号转单极性信号、差分信号转单端信号处理电路多采用双电源供 电方式，因此需要使用较大的供电电压或采用电荷泵电压反转器，既增加了系统的复杂度 与制作成本，又降低了电源效率。国外AnalogDevices公司已研制出采用单电源供电的双 极性转单极性处理电路，但仅能处理单端输入的模拟信号，无法接收差分信号。缺少一种能 够同时兼容多种极性与输入方式的信号处理电路，这使得模拟信号处理电路的模块化程度 降低。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有的模拟信号处理电路供电系统复杂、输入信号类型单一、 模块化程度低的问题，现提供一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路。
[0005] 一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路，它包括：过压保护电路、滤波分压电 路、偏置电路、单位增益电路和信号类型选择电路；
[0006] 过压保护电路的两个信号输入端分别作为一种单电源供电的多类型模拟信号处 理电路的两个信号输入端，
[0007] 过压保护电路的两个信号输出端分别连接滤波分压电路的两个信号输入端，
[0008] 滤波分压电路的基准信号输入端连接偏置电路的基准信号输出端，
[0009] 滤波分压电路的滤波信号输出端连接单位增益电路的滤波信号输入端，
[0010] 单位增益电路的增益信号输出端作为一种单电源供电的多类型模拟信号处理电 路的信号输出端，
[0011] 信号类型选择电路同时接入过压保护电路和偏置电路中，用于切换输入一种单电 源供电的多类型模拟信号处理电路的信号类型，
[0012] 偏置电路和单位增益电路通过单电源供电。
[0013] 上述过压保护电路包括：一号电容、一一号电阻、一二号电阻、一三号电阻、一四号 电阻、一五号电阻、 号瞬态抑制二极管、一二号瞬态抑制二极管和一三号瞬态抑制二极 管；
[0014] -号电容的一端和一一号电阻的一端连接并同时作为过压保护电路的一个信号 输入端，一号电容的另一端和一二号电阻的一端连接并同时作为过压保护电路的另一个信 号输入端，
[0015] 号电阻的另一端同时连接 号瞬态抑制二极管的一端、一二号瞬态抑制二 极管的一端和一三号电阻的一端，
[0016] -二号电阻的另一端同时连接一三号瞬态抑制二极管的一端、一二号瞬态抑制二 极管的另一端和一四号电阻的一端，
[0017]--号瞬态抑制二极管的另一端接地，一三号瞬态抑制二极管的另一端接地，
[0018] -三号电阻的另一端和一五号电阻的一端连接并同时作为过压保护电路的一个 信号输出端，
[0019] 一四号电阻的另一端和一五号电阻的另一端连接并同时作为过压保护电路的另 一个信号输出端。
[0020] 所述信号类型选择电路包括第一部分、第二部分和第三部分；
[0021] 第一部分包括：一号开关和一号电阻；一号开关的一端连接一号电阻的一端，一 号开关的另一端和一号电阻的另一端分别与过压保护电路的两个输入端相连；
[0022] 第二部分包括：二号开关和二号电阻；二号开关的一端连接二号电阻的一端，二 号开关的另一端和二号电阻的另一端分别与 号电阻的两端相连；
[0023] 第三部分包括：三号开关和三号电阻；三号开关的一端连接三号电阻的一端，三 号开关的另一端同时连接一号运算放大器的反相输入端和三三号电阻的一端，三号电阻的 另一端接地；
[0024] -号开关、二号开关和三号开关的结构完全相同。
[0025] 本发明所述的一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路，能够通过切换开关的 通断，进而切换整个电路的工作模式，使其能够兼容处理电流、电压、单极性、多极性、单端 输入和差分输入等多种类型的模拟信号，提高系统的模块化程度，减少电路研发周期；还具 有过压保护与滤波功能，系统的保护与抗干扰能力；同时采用单电源供电，简化供电系统， 降低制造成本。适用于在测量与控制领域中对模拟信号进行处理。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明所述的一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路的结构框图，图 中Vin+表不同向输入信号，Vin-表不反向输入信号，VCC表不电源正极，GND表不接地端；
[0027] 图2为本发明所述电路适用的模拟信号的电压波形图，
[0028]2-a中UNIPOLARSINGLEENDED表示单极性单端模式，
[0029] 2-b中UNIPOLARDIFFERENTIAL表示单极性差分模式，
[0030] 2-c中BIPOLARSINGLEENDED表示双极性单端模式，
[0031] 2-d中BIPOLARDIFFERENTIAL表示双极性差分模式，
[0032] 2-e中PSEUDODIFFERENTIAL表示伪差分模式，
[0033] 每个小图中的横坐标t均为时间，纵坐标U均为电压，VIN+为电路同向信号输入 端的信号，VIN-为反向信号输入端的信号，FS为信号峰峰值；
[0034] 图3为【具体实施方式】二所述的过压保护电路的具体结构示意图，图中Vin+表示同 向信号，Vin_表不反向信号；
[0035] 图4为【具体实施方式】三所述的滤波分压电路的结构示意图；
[0036] 图5为【具体实施方式】四所述的滤波分压电路的结构示意图；
[0037] 图6为【具体实施方式】五所述的偏置电路的结构示意图；
[0038] 图7为【具体实施方式】六所述的单位增益电路的结构示意图；
[0039] 图8为本发明所述的一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路的一种实施方 式下的电路结构示意图；
[0040] 图9为【具体实施方式】八所述的一号开关的结构示意图；
[0041] 图10为【具体实施方式】九所述的一号开关的结构示意图；
[0042]图11为双极性差分输入信号的仿真实验结果波形图，其中，横坐标为时间，单位 为秒，左侧纵坐标为输入信号的电压，单位为伏特，右侧纵坐标为输出信号的电压，单位为 伏特，带有矩形标记的细线代表输入信号，带有圆形标记的粗线表示输出信号；
[0043]图12为单极性单端输入信号的仿真实验结果波形图，其中，横坐标为时间，单位 为秒，左侧纵坐标为输入信号的电压，单位为伏特，右侧纵坐标为输出信号的电压，单位为 伏特，带有矩形标记的细线代表输入信号，带有圆形标记的粗线表示输出信号。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0044] 一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种单电源 供电的多类型模拟信号处理电路，它包括：过压保护电路1、滤波分压电路2、偏置电路3、单 位增益电路4和信号类型选择电路5;
[0045] 过压保护电路1的两个信号输入端分别作为一种单电源供电的多类型模拟信号 处理电路的两个信号输入端，
[0046] 过压保护电路1的两个信号输出端分别连接滤波分压电路2的两个信号输入端，
[0047] 滤波分压电路2的基准信号输入端连接偏置电路3的基准信号输出端，
[0048] 滤波分压电路2的滤波信号输出端连接单位增益电路4的滤波信号输入端，
[0049] 单位增益电路4的增益信号输出端作为一种单电源供电的多类型模拟信号处理 电路的信号输出端，
[0050] 信号类型选择电路5同时接入过压保护电路1和偏置电路3中，用于切换输入一 种单电源供电的多类型模拟信号处理电路的信号类型，
[0051] 偏置电路3和单位增益电路4通过单电源供电。
[0052] 本实施方式中，所述过压保护电路1的两个信号输入端分别为同向信号输入端和 反向信号输入端，即过压保护电路1的同向信号输入端作为一种单电源供电的多类型模拟 信号处理电路的同向信号输入端，过压保护电路1的反向信号输入端作为一种单电源供电 的多类型模拟信号处理电路的反向信号输入端；
[0053] 所述过压保护电路1的两个信号输出端分别连接滤波分压电路2的两个信号输入 端，即过压保护电路1的同向信号输出端连接滤波分压电路2的同向信号输入端，过压保护 电路1的反向信号输出端连接滤波分压电路2的反向信号输入端；
[0054] 所述偏置电路3和单位增益电路4均通过单电源供电，即偏置电路3和单位增益 电路4的正向电压端同时连接电源的正极，偏置电路3和单位增益电路4的负向电压端同 时接地。
[0055] 信号类型选择电路5用于切换一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路的工 作模式，使其能够兼容电流信号、电压信号、单极性信号、多极性信号、单端输入信号和差分 输入信号等多种类型的输入信号。
[0056]
【具体实施方式】二：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】 一所述的一种单电源供电的多类型模拟信号处理电路作进一步说明，本实施方式中，过压 保护电路1包括：一号电容C1、-