一种差分信号采样电路、差分信号的采样方法及装置与流程

1.本技术涉及采样电路技术领域，特别是涉及一种差分信号采样电路、差分信号的采样方法及装置。


背景技术：

2.随着社会的高速发展，控制电路的发展也日益加强。只要是涉及到电压和/或电流的电路大多数都会应用到采样电路。现有的利用运算放大器对一对差分信号进行放大采样时，只需要对这组差分信号进行放大，但受到电路中的电阻精度以及电阻在工作时的温度漂移的影响，对运算放大器产生的共模电压也进行了放大，放大后的共模电压严重影响了采样的输出误差。
3.鉴于上述存在的问题，寻求如何降低采样输出误差是本领域技术人员竭力解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种差分信号采样电路、差分信号的采样方法及装置，用于降低运算放大器放大的共模电压对输出误差的严重影响。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种差分信号采样电路，包括：采样电阻、第一差分放大器、第二差分放大器；采样电阻的第一端与电源连接，采样电阻的第二端接地；采样电阻的第一端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；采样电阻的第二端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接；第一差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的第一输出端和第二差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的第二输出端；还包括：第三差分放大器；第一差分放大器的输出端与第三差分放大器的同相输入端连接，第二差分放大器的输出端与第三差分放大器的反相输入端连接，第三差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的输出端。
6.优选地，还包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器；采样电阻的第一端与第一电压跟随器的输入端连接，采样电阻的第二端与第二电压跟随器的输入端连接；第一电压跟随器的输出端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；第二电压跟随器的输出端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接。
7.优选地，还包括：负载电阻；负载电阻的第一端与采样电阻的第二端连接，负载电阻的第二端接地。
8.优选地，采样电阻在电流满量程的情况下的电压值为0.5v。
9.优选地，第一差分放大器和第二差分放大器的放大增益为0.5。
10.优选地，第三差分放大器的放大增益为1。
11.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种差分信号的采样方法，应用于上述提及的差分信号采样电路，包括：获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值；将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端；将第二电压值传输至第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端；获取经过第一差分放大器的第一传输电压值和经过第二差分放大器的第二传输电压值；将第一传输电压值和第二传输电压值分别传输至第三差分放大器的同相输入端和第三差分放大器反向输入端。
12.优选地，在获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值之后，和将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端之前，还包括：根据第一电压值和第二电压值得到共模电压。
13.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种差分信号的采样装置，应用于上述提及的差分信号的采样方法包括：获取模块，用于获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值；第一传输模块，用于将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端；第二传输模块，用于将第二电压值传输至第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端。
14.本技术所提供的一种差分信号采样电路包括：采样电阻、第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器。将采样电阻的第一端的电压值和采样电阻的第二端的电压值作为一对差分信号。通过输入正负互相交叉相连的第一差分放大器和第二差分放大器，得到两个极性相反与共模电压值相等的差分电压信号，此时第一差分放大器和第二差分放大器输出信号的共模电压为0。以此实现了降低运算放大器放大的共模电压对输出误差的严重影响。
15.本技术还提供了一种差分信号的采样方法及装置，效果同上。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
17.图1为本技术实施例所提供的一种差分信号采样电路；
图2为本技术实施例所提供的一种差分信号的采样方法流程图；图3为本技术实施例所提供的一种差分信号的采样装置结构图。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护范围。
19.本技术的核心是提供一种差分信号采样电路、差分信号的采样方法及装置，其能够降低运算放大器放大的共模电压对输出误差的严重影响。
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
21.图1为本技术实施例所提供的一种差分信号采样电路。如图1所示，该差分信号采样电路，包括：采样电阻rt、第一差分放大器u1、第二差分放大器u2。
22.采样电阻的第一端与电源连接，采样电阻的第二端接地；采样电阻的第一端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；采样电阻的第二端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接；第一差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的第一输出端和第二差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的第二输出端。
23.在本实施例中，为了不消耗电路回路中过多的电压，要求采样电阻在电流满量程的情况下采样电阻两端能承受的电压的最大值为0.5v。此时将采样电阻第一端的第一电压值记为v1，将采样电阻第二端的第二电压值记为v2，计算采样电阻两端此时的电压值为v1-v2=0.5v。当电源的输出电压为40v时，要求采样电阻两端电压差值为0.5v，此时可知，电源电压为40v，即采样电阻的第一端的第一电压值v1为40v，则此时采样电阻第二端的第二电压值v2为39.5v。通过采样电阻的共模电压公式：(v1+v2)/2计算采样电阻两端的共模电压，即（40v+39.5v）/2=39.75v，此时共模电压会产生很大的误差。因此要求采样电阻在电流满量程的情况下采样电阻两端能承受的电压的最大值为0.5v。除此之外，对于采样电阻的阻值大小、电阻型号等均不作限定，可根据具体实施场景确定其实施例。同样，可以理解的是，为了消除采样电阻两端的共模电压，要求第一差分放大器和第二差分放大器的放大增益为0.5。且将采样电阻的第一端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；采样电阻的第二端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接，分别从第一差分放大器和第二差分放大器的输出端得到极性相反且较小的电压值，以此实现消除采样电阻两端的共模电压。在本技术中，对于第一差分放大器、第二差分放大器的型号不作限定，作为一种更优的实施例，第一差分放大器和第二差分放大器可以为ina157的集成器件，该器件中包含如图1所示的rf11、rf12、rf13、rf14、rf21、rf22、rf23、rf24。其中对于上述提及的电阻的只要求，rf13、rf14的阻值为rf11、rf12阻值的一半，rf23、rf24的阻值为rf21、rf22的一半。此时，第一差分放大器和第二差分放大器周围电阻实现其增益均为0.5。
24.还包括：第三差分放大器u5。第一差分放大器的输出端与第三差分放大器的同相
输入端连接，第二差分放大器的输出端与第三差分放大器的反相输入端连接，第三差分放大器的输出端作为差分信号采样电路的输出端。可以理解的是，为了得到差分信号采样电路输出端所输出的准确的输出电压，要求第三差分放大器的放大增益为1。其中，对于第三差分放大器型号、能够承受的电压等均不作限定，可根据具体实施场景确定其实施例。作为一种优选的实施例，第三差分放大器的外围电路由rf51、rf52、rf53、rf54组成，其作用与第一差分放大器以及第二差分放大器相同，但需要说明的是，第三差分放大器周围的四个电阻实现第三差分放大器的放大增益为1。
25.将上述第一电压跟随器的输出端的电压值v3和第二电压跟随器的输出端的电压值v4接入放大增益为0.5的第一差分放大器和第二差分放大器，且第一差分放大器和第二差分放大器的同相输入端和反向输入端互相交叉相连，此时在第一差分放大器和第二差分放大器的输出端会输出同极性且近似相等的共模误差，将该共模误差记为voffset。将第一差分放大器的输出端的电压值记为v5，将第二差分放大器的输出端的电压值记为v6。则此时v5=（v3-v4）*0.5+voffset，v6=（v4-v3）*0.5+voffset。得到的v5和v6电压极性相反，两者之间的共模电压通过公式(v5+v6)/2计算，其结果无限接近0，因此，在后级的差分放大器输出端所得到的输出电压几乎不会产生共模误差。最后将v5和v6再通过放大增益为1的第三差分放大器得到v7，此时v7=v5-v6=[(v3-v4)*0.5+voffset]-[(v4-v3)*0.5+voffset]=v3-v4=v1-v2,得到最终不受共模误差影响的输出电压。考虑到在利用该差分信号采样电路得到输出电压后，还要与其他电路连接，因此最后可以将输出电压转换为电压采样值和/或电流采样值为后续电路提供合适的电信号。在此处对于是否将输出电压进行转换、需要转换时用什么器件进行转换以及后续电路的种类、功能等均不作限定，可根据具体实施场景确定其实施方式。
[0026]
本技术所提供的一种差分信号采样电路包括：采样电阻、第一差分放大器、第二差分放大器。将采样电阻的第一端的电压值和采样电阻的第二端的电压值作为一对差分信号。通过输入正负互相交叉相连的第一差分放大器和第二差分放大器，得到两个极性相反与共模电压值相等的差分电压信号，此时第一差分放大器和第二差分放大器输出信号的共模电压为0。以此实现了降低运算放大器放大的共模电压对输出误差的严重影响。
[0027]
在上述实施例的基础上，作为一种更优的实施例，如图1所示，还包括：第一电压跟随器u3、第二电压跟随器u4。
[0028]
采样电阻的第一端与第一电压跟随器的输入端连接，采样电阻的第二端与第二电压跟随器的输入端连接；第一电压跟随器的输出端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；第二电压跟随器的输出端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接。
[0029]
其中，还包括：负载电阻ru；负载电阻的第一端与采样电阻的第二端连接，负载电阻的第二端接地。
[0030]
在本实施例中为了避免在电源、采样电阻、负载电阻的回路上的低电流泄露的现象，设置了第一电压跟随器和第二电压跟随器。将第一电压跟随器的输出端的电压记为v3，将第一电压跟随器的输出端的电压记为v4。由于电压跟随器的功能简单来说，就是传递前一级器件的电压，因此，在此处，v1-v2=v3-v4=0.5v。需要说明的是，在本实施例中对于第一电压跟随器和第二电压跟随器型号、能够承受的电压等均不作限定，可根据具体实施场景
确定其实施例。
[0031]
图2为本技术实施例所提供的一种差分信号的采样方法流程图。为解决上述技术问题，本技术还提供了一种差分信号的采样方法，应用于上述提及的差分信号采样电路，如图2所示，该方法包括：s30：获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值；s32：将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端；s33：将第二电压值传输至第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端；s34：获取经过第一差分放大器的第一传输电压值和经过第二差分放大器的第二传输电压值；s35：将第一传输电压值和第二传输电压值分别传输至第三差分放大器的同相输入端和第三差分放大器反向输入端。
[0032]
其中，在获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值之后，和将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端之前，还包括：s31：根据第一电压值和第二电压值得到共模电压。
[0033]
将采样电阻第一端的第一电压值记为v1，将采样电阻第二端的第二电压值记为v2，要求采样电阻两端此时的电压值为v1-v2=0.5v，且电源的输出电压为40v。当电源电压为40v时，即采样电阻的第一端的第一电压值v1为40v，则此时采样电阻第二端的第二电压值v2为39.5v。通过采样电阻的共模电压公式：(v1+v2)/2，计算采样电阻两端的共模电压，可得到结果为(40v+39.5v)/2=39.75v，此时共模电压会产生很大的误差。因此要求采样电阻在电流满量程的情况下采样电阻两端能承受的电压的最大值0.5v。除此之外，对于采样电阻的阻值大小、电阻型号等均不作限定，可根据具体实施场景确定其实施例。同样，可以理解的是，为了消除采样电阻两端的共模电压，要求第一差分放大器和第二差分放大器的放大增益为0.5。且将采样电阻的第一端与第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端均连接；采样电阻的第二端与第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端均连接，分别从第一差分放大器和第二差分放大器的输出端得到极性相反且较小的电压值，以此实现消除采样电阻两端的共模电压。需要说明的是，第一传输电压值是经过0.5倍增益的第一差分放大器得到的，与第一电压值不同；第二传输电压值是经过0.5倍增益的第二差分放大器得到的，与第二电压值不同。
[0034]
在上述实施例中，对于一种差分信号的采样方法进行了详细描述，本技术还提供一种差分信号的采样装置对应的实施例。图3为本技术实施例所提供的一种差分信号的采样装置结构图。如图3所示，本技术还提供了一种差分信号的采样装置，应用于上述提及的差分信号的采样方法，该装置包括：第一获取模块40，用于获取采样电阻的第一端的第一电压值和采样电阻的第二端的第二电压值；第一传输模块41，用于将第一电压值传输至第一差分放大器的同相输入端和第二差分放大器的反相输入端；
第二传输模块42，用于将第二电压值传输至第一差分放大器的反相输入端和第二差分放大器的同相输入端；第二获取模块43，用于获取经过第一差分放大器的第一传输电压值和经过所述第二差分放大器的第二传输电压值；第三传输模块44，用于将所述第一传输电压值和所述第二传输电压值分别传输至第三差分放大器的同相输入端和所述第三差分放大器反向输入端。
[0035]
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
[0036]
以上对本技术所提供的一种差分信号采样电路、差分信号的采样方法及装置进行了详细介绍。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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
[0037]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。