基于多路电子开关的输入信号选择电路的制作方法

1.本实用新型涉及模拟信号输入电路，更具体地说，涉及一种基于多路电子开关的输入信号选择电路。


背景技术：

2.随着电子产品的应用越来越广泛，其应用环境越来越复杂。对于在不同环境中使用的电子产品，相应的电参数测量要求也越来越多。为满足这些不同测量要求，需要对产品的多路电参数通过多路电子开关进行选择，以达到简化产品电路，缩小产品体积，使得产品功能多样化的目的。
3.在测控领域，测量仪表经常需要对不同信号进行增益改变或送入同一回路，这样放大电路需要换档，来改变放大增益。目前较为普遍的方法是，使用模拟开关切换不同的反馈电阻来改变放大电路的增益，或者使用程控放大器来实现变增益放大。
4.对于使用程控放大器来实现变增益放大的方案，因程控放大器的成本较高，将大大增加整个产品的成本。而对于使用模拟开关的方案，尽管该方案的成本很低，但是因模拟开关存在导通电阻(一般在100ω～300ω之间)，如果将模拟开关直接将不同的电阻接入反馈回路，那么模拟开关的导通电阻就会叠加到反馈电阻上，给信号放大带来误差。若采用低导通电阻的模拟开关，又会增加电路成本。此外，由于模拟开关存在内阻(即导通电阻)，当产品处于不同的环境温度下，模拟开关的内阻会产生变化，这将影响产品信号采集的精度，最终影响产品性能。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述测量仪表无法兼顾成本和测量精度的问题，提供一种基于多路电子开关的输入信号选择电路。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种基于多路电子开关的输入信号选择电路，包括信号输入端子、信号输出端子、模拟电子开关芯片、第一运算放大器、第二运算放大器及多个信号调节元件，且多个所述信号调节元件具有不同的电参数；
7.所述模拟电子开关芯片包括第一多选一通道和第二多选一通道，且所述第一多选一通道包括第一输入输出引脚和多个第一信号输入引脚，所述第二多选一通道包括第二输入输出引脚和多个第二信号输入引脚，且所述多个第一信号输入引脚分别与多个第二信号输入引脚一一短接；
8.所述信号输入端子分别经由多个信号调节元件与多个第一信号输入引脚电连接，且所述信号输入端子还与所述第一运算放大器的反相输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二输入输出引脚电连接；
9.所述第一输入输出引脚与所述第二运算放大器的正相输入端电连接，且所述第二运算放大器的输出端与所述信号输出端子电连接。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述模拟电子开关芯片包括两个控制信号输入引
脚，且所述第一多选一通道根据其中一个控制信号输入引脚的信号使第一输入输出引脚与其中一个第一信号输入引脚导通，所述第二多选一通道根据另一控制信号输入引脚的信号使第二输入输出引脚与其中一个第二信号输入引脚导通。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述多个信号调节元件分别由具有不同电阻值的电阻构成。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述输入信号选择电路还包括第一限流电阻，所述信号输入端子经由所述第一限流电阻分别与多个信号调节元件、第一运算放大器的反相输入端电连接。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述输入信号选择电路还包括第二限流电阻，所述第一输入输出引脚经由所述第二限流电阻与第二运算放大器的正相输入端电连接。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述输入信号选择电路还包括变阻器，所述第二运算放大器的反相输入端经由所述变阻器连接参考地。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述模拟电子开关芯片为hef4052btt双四通道的模拟选择器。
16.本实用新型具有以下有益效果：通过将模拟电子开关芯片的两个多选一通道短接，并利用运算放大器的虚短和虚短特性，抵消了模拟电子开关芯片中通道的导通电阻，在保持成本的同时提高了信号采集的精度。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例提供的基于多路电子开关的输入信号选择电路的示意图；
18.图2是本实用新型实施例提供的基于多路电子开关的输入信号选择电路中模拟电子开关芯片的原理图；
19.图3是本实用新型实施例提供的基于多路电子开关的输入信号选择电路的电路拓扑图；
20.图4是图3中基于多路电子开关的输入信号选择电路的等效电路拓扑图。
具体实施方式
21.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
22.如图1所示，是本实用新型实施例提供的基于多路电子开关的输入信号选择电路的示意图，该基于多路电子开关的输入信号选择电路可应用于测量仪表，并实现对不同通信进行增益改变或送入同一回路。
23.本实施例的基于多路电子开关的输入信号选择电路包括信号输入端子11、第一运算放大器12、模拟电子开关芯片13、多个信号调节元件14、第二运算放大器15以及信号输出端子16，上述多个信号调节元件14具有不同的电参数。其中，模拟电子开关芯片13包括相互独立的第一多选一通道131和第二多选一通道132，且第一多选一通道131包括第一输入输出引脚和多个第一信号输入引脚，第二多选一通道132包括第二输入输出引脚和多个第二
信号输入引脚。并且，在上述第一多选一通道131和第二多选一通道132中，多个第一信号输入引脚分别与多个第二信号输入引脚一一短接。
24.在本实施例中，信号输入端子11分别经由多个信号调节元件14与第一多选一通道131的多个第一信号输入引脚电连接，且信号输入端子11还与第一运算放大器12的反相输入端电连接。第一运算放大器12的输出端与第二多选一通路132的第二输入输出引脚电连接。
25.第一多选一通道131的第一输入输出引脚与第二运算放大器15的正相输入端电连接，且第二运算放大器15的输出端与信号输出端子16电连接。
26.具体地，上述基于多路电子开关的输入信号选择电路可集成到印制电路板(printed circuit board，pcb)，且信号输入端子11、第一运算放大器12、模拟电子开关芯片13、多个信号调节元件14、第二运算放大器15以及信号输出端子16之间的电连接通过印制电路板表面或内部的铜箔实现。印制电路板上各个元件的电连接方式可采用本领域的惯用技术，在此不再赘述。
27.结合图2所示，模拟电子开关芯片13中的第一多选一通道131和第二多选一通道132分别可由一组四选一开关构成，其中第一信号输入引脚x0～x3分别经由不同开关与第一输入输出引脚x_i/o连接，第二信号输入引脚y0～y3分别经由不同开关与第二输入输出引脚y_i/o连接。并且，上述第一信号输入引脚x0与第二信号输入引脚y0短接，第一信号输入引脚x1与第二信号输入引脚y1短接，第一信号输入引脚x2与第二信号输入引脚y2短接，第一信号输入引脚x3与第二信号输入引脚y3短接。
28.当然，在实际应用中，模拟电子开关芯片13还可包括更多个多选一通道，且每一多选一通道可包括不同数量的信号输入引脚。模拟电子开关芯片13直接选用现有的双四通道的模拟选择器或类似的多通道模拟选择器，其具体结构属于本领域的惯用技术，在此不再赘述。
29.在本实用新型的一个实施例中，模拟电子开关芯片13包括两个控制信号输入引脚a、b，且第一多选一通道131根据其中一个控制信号输入引脚a的信号使第一输入输出引脚x_i/o与第一信号输入引脚x0～x3中的一个导通，第二多选一通道132根据另一控制信号输入引脚b的信号使第二输入输出引脚y_i/o与第二信号输入引脚y0～y3中的一个导通。特别地，在本实施例中，需通过向控制信号输入引脚a、b输出信号，使得第一多选一通道131和第二多选一通道132中，与连接到短接的第一信号输入引脚和第二信号输入引脚的两个开关同时导通，例如当第一信号输入引脚x1与第二信号输入引脚y1短接时，使模拟电子开关芯片13中分别与第一信号输入引脚x1与第二信号输入引脚y1的连个开关同时导通。
30.结合图3所示，在本实用新型的一个实施例中，模拟电子开关芯片13具体采用恩智浦半导体公司(nxp)生产的hef4052btt双四通道的模拟选择器。该双四通道的模拟选择器中，引脚2y0～2y3为第一信号输入引脚，引脚2z为第一输入输出引脚，引脚1y0～1y3为第二信号输入引脚，引脚1z为第二输入输出引脚，引脚s1、s1为控制信号输入引脚。并且，双四通道的模拟选择器的引脚2y0与引脚1y0短接，引脚2y1与引脚1y1短接，引脚2y2与引脚1y2短接，引脚2y3与引脚1y3短接。
31.相应地，多个信号调节元件14分别由具有不同电阻值的电阻r3、r9、r10、r14构成。来自信号输入端子11的输入信号in1+(即需改变放大增益的信号)经第一限流电阻r24输
入，并经电阻r3输入到双四通道的模拟选择器的引脚2y1、经电阻r9输入到双四通道的模拟选择器的引脚2y3、经电阻r10输入到双四通道的模拟选择器的引脚2y2、经电阻r14输入到双四通道的模拟选择器的引脚2y0、以及输入到第一运算放大器u1a的反相输入端。
32.第一运算放大器u1a的正相输入端经电阻r25连接参考地，且该第一运算放大器u1a的输出端连接双四通道的模拟选择器的引脚1z。双四通道的模拟选择器的引脚2z经第二限流电阻r20连接到第二运算放大器u1b的正相输入端，且第二运算放大器的输出端连接信号输出端子16。上述第一运算放大器u1a和第二运算放大器u1b分别可采用圣邦微电子(北京)股份有限公司的sgm8272运算放大器。
33.如图4所示，是图3中的基于多路电子开关的输入信号选择电路的等效电路，其中通过输入到双四通道的模拟选择器的引脚s1、s1的信号，使得双四通道的模拟选择器中连接引脚2y1、2z的开关导通，rin1等效为第二多选一通道132的导通电阻，rin2等效为第一多选一通道131的导通电阻。
34.根据第一运算放大器u1a的虚短特性，可以推导出双四通道的模拟选择器的引脚2y1处的电压值为：
35.uo1＝-ui/r24
×
r3
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
36.在式(1)中，ui为输入的需改变放大增益的信号in1+的电压幅值，r24为第一限流电阻r24的电阻值，r3为电阻r3的电阻值。根据式(1)可知，双四通道的模拟选择器的引脚2y1处的电压值uo1与第二多选一通道132的导通电阻rin2无关。
37.同时，根据第二运算放大器u1b虚断特性，第一多选一通道131的导通电阻rin2相比于第二运算放大器u1b同相输入端的内阻来说，完全可以忽略不记。
38.根据以上分析可知，同时结合实验证明，通过将两个运算放大器与模拟电子开关芯片相结合，并且两个运算放大器作为电压跟随器使用，可以对单一信号或者多信号进行增益放大，不仅可消除模拟电子开关芯片的导通电阻的影响，而且基本不会增加电路成本，并且易于实现。
39.此外，上述输入信号选择电路还可包括变阻器rw1，第二运算放大器u1b的反相输入端经由变阻器rw1连接参考地，从而可调节电压增益。
40.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。