一种基于高频调制的直流信号采样电路的制作方法

本技术涉及直流信号采样，特别指一种基于高频调制的直流信号采样电路。

背景技术：

1、一些精密仪器需要对微弱的直流信号进行处理，前提是对直流信号进行采样，如光电传感器输出信号、绝缘测试的漏电流检测、锂电池保护板的静态电流检测等。针对直流信号的采样，传统上存在如下两种方法：

2、方法一：对直流信号直接进行放大滤波处理；然而，该方法会同步放大工频噪声信号，而该方法所使用的电路结构较为简单，缺乏有效的抑制噪声手段，影响采样的稳定性，进而影响采样精度，若要改善采样稳定性只能增加低通滤波的时间常数，这又会牺牲响应速度。

3、方法二：通过锁相放大电路提取被测信号的直流量；该方法虽然在采样精度上有一定保证，但需要专用的乘法器芯片，而专用得乘法器芯片价格昂贵，为了保证信号质量，往往需要额外提供一路高稳定性的正弦参考信号，这进一步增加了采样成本。

4、因此，如何提供一种基于高频调制的直流信号采样电路，实现提高直流信号采样精度，降低直流信号采样成本，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于高频调制的直流信号采样电路，实现提高直流信号采样精度，降低直流信号采样成本。

2、本实用新型是这样实现的：一种基于高频调制的直流信号采样电路，包括一前置处理电路、一调制解调电路、一交流放大电路、一档位切换电路、一后级滤波电路、一adc驱动电路、一adc电路、一mcu、一pwm隔离驱动电路以及一电源基准电路；

3、所述调制解调电路分别与前置处理电路、交流放大电路、档位切换电路、后级滤波电路以及pwm隔离驱动电路连接；所述交流放大电路的输出端与档位切换电路的输入端连接；所述adc驱动电路的输入端与后级滤波电路的输出端连接，输出端与adc电路的输入端连接；所述mcu分别与adc电路以及pwm隔离驱动电路连接；所述电源基准电路分别与adc驱动电路以及adc电路连接。

4、进一步地，所述前置处理电路包括一电感l2、一电感l5、一共模电感l3、一共模电感l4、一电容c26、一电容c27、一电容c28、一电容c29、一电容c30、一电容c135、一电阻r76、一电阻r77、一电阻r79、一电阻r80、一电阻r83、一电阻r86、一电阻r87、一电阻r88、一电阻r130、一运放u9、一运放u10a以及一稳压二极管d4；

5、所述电容c27的一端与电感l2以及共模电感l3的引脚1连接，另一端与电感l5以及共模电感l3的引脚2连接；所述电容c28的一端与共模电感l3的引脚4以及共模电感l4的引脚1连接，另一端与共模电感l3的引脚3以及共模电感l4的引脚2连接；所述电容c135的一端与共模电感l4的引脚4、电阻r77以及稳压二极管d4连接，另一端与共模电感l4的引脚3连接并接地；

6、所述运放u9的引脚1与电阻r76、电阻r79、电阻r87以及电容c30连接，引脚3与电阻r77以及电阻r130连接，引脚4与电阻r83、电阻r87以及电容c30连接；

7、所述运放u10a的引脚1与电容c26、电阻r86以及调制解调电路连接，引脚2与电阻r86以及电阻r88连接，引脚3与电阻r80以及电容c29连接；所述电容c29与电阻r88连接并接地；所述电容c26与电阻r79以及电阻r80连接。

8、进一步地，所述调制解调电路包括一运放u10b、一电阻r90、一电阻r91、一电阻r100、一电容c35、一电容c36以及一模拟开关u11；

9、所述模拟开关u11的引脚2与档位切换电路连接，引脚3与后级滤波电路连接，引脚4、8与pwm隔离驱动电路连接，引脚9与电阻r90连接，引脚10与前置处理电路连接；

10、所述运放u10b的引脚5与电阻r91以及电容c36连接，引脚6与电阻r100连接，引脚7与电阻r100以及交流放大电路连接；所述电容c35的一端与电阻r90以及电阻r91连接，另一端与电容c36连接并接地。

11、进一步地，所述交流放大电路包括一运放u12a、一运放u12b、一电阻r92、一电阻r93、一电阻r95、一电阻r96、一电阻r97、一电阻r98、一电阻r99、一电阻r102、一电阻r103、一电阻r106、一电容c32、一电容c33、一电容c34、一电容c37、一电容c38、一电容c46以及一电容c47；

12、所述电阻r93的一端与运放u12a的引脚3连接，另一端与调制解调电路连接；所述电容c34和电容c37并联后，一端与电阻r96连接，另一端接地；所述电阻r103、电容c46和电容c47并联后，一端与电阻r96以及运放u12a的引脚2连接，另一端与电阻r92、电容c33以及运放u12a的引脚1连接；所述电阻r97的一端与电容c33以及电阻r99连接，另一端与电阻r98以及电容c32连接；

13、所述运放u12b的引脚5与电阻r98以及电容c38连接，引脚6与电阻r102以及电阻r106连接，引脚7与电阻r95、电阻r102、电容c32以及档位切换电路连接。

14、进一步地，所述档位切换电路包括一运放u13a、一运放u13b、一模拟开关u25、一电阻r109、一电阻r110、一电阻r112、一电阻r114、一电阻r115、一电阻r116、一电阻r118、一电阻r119、一电阻r136以及一电阻r139；

15、所述电阻r109的一端与电阻r114连接，另一端与交流放大电路连接；所述运放u13a的引脚1与电阻r115、电阻r118以及模拟开关u25的引脚9连接，引脚2与电阻r114、电阻r110以及电阻r139连接，引脚3接地；所述电阻r116的一端与电阻r115连接，另一端与电阻r112、电阻r136以及运放u13b的引脚6连接；所述运放u13b的引脚7与电阻r119、模拟开关u25的引脚3以及调制解调电路连接；

16、所述模拟开关u25的引脚2与电阻r112连接，引脚5与电阻r136连接，引脚7与电阻r139连接，引脚10与电阻r110连接。

17、进一步地，所述后级滤波电路包括一运放u14a、一电阻r104、一电阻r105、一电阻r111、一电容c48以及一电容c49；

18、所述运放u14a的引脚3与电阻r105以及电容c49连接，引脚2与电阻r111连接，引脚1与电阻r111以及adc驱动电路连接；所述电容c48的一端与电阻r104以及电阻r105连接，另一端与电容c49连接并接地；所述电阻r104与调制解调电路连接。

19、进一步地，所述adc驱动电路包括一运放u6a、一运放u6b、一运放u7a、一运放u7b、一电容c20、一电容c21、一电容c22、一电阻r29、一电阻r30、一电阻r31、一电阻r32、一电阻r39、一电阻r40、一电阻r43、一电阻r48、一电阻r49、一电阻r50、一电阻r51、一电阻r52、一电阻r53、一电阻r54、一电阻r55、一电阻r56、一电阻r57以及一电阻r58；

20、所述电阻r49的一端与电阻r54以及电源基准电路连接，另一端与电阻r52以及运放u7a的引脚3连接；所述电阻r57的一端与电阻r52以及后级滤波电路连接，另一端与电阻r58以及运放u7b的引脚6连接；

21、所述运放u7a的引脚1与电阻r31以及电阻r43连接，引脚2与电阻r31以及电阻r39连接；所述运放u7b的引脚5与电阻r54以及电阻r55连接，引脚7与电阻r56以及电阻r58连接；

22、所述运放u6a的引脚1与电阻r30以及电阻r40连接，引脚2与电阻r29以及电阻r30连接，引脚3与电阻r32以及电阻r43连接；所述电阻r29与电阻r32连接并接地；

23、所述运放u6b的引脚5与电阻r53以及电阻r56连接，引脚6与电阻r48以及电阻r50连接，引脚7与电阻r48以及电阻r51连接；

24、所述电容c21的一端与电阻r40、电容c20以及adc电路连接，另一端与电阻r51、电容c22以及adc电路连接。

25、进一步地，所述adc电路包括一adc芯片u1、一电容c1、一电容c3、一电容c4、一电容c82、一电阻r1、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r4、一电阻r5、一电阻r6以及一电阻r125；

26、所述adc芯片u1的引脚1与电容c1以及电源基准电路连接，引脚2与电容c82连接，引脚3与电容c82连接并接地，引脚4、5与adc驱动电路连接，引脚8与电容c3连接，引脚9与电容c4连接；

27、所述电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6以及电阻r125的一端分别与adc芯片u1的引脚16、15、14、13、12、10以及7连接，另一端与mcu连接。

28、进一步地，所述pwm隔离驱动电路包括一光耦u24、一光耦u26、一电阻r132、一电阻r133、一电阻r134、一电阻r135、一电阻r137、一电阻r138、一电阻r155以及一电阻r156；

29、所述光耦u24的引脚1与电阻r132以及电阻r134连接，引脚3与电阻r134以及mcu连接，引脚5与电阻r133以及电阻r155连接，引脚6与电阻r155连接；所述电阻r133与调制解调电路连接；

30、所述光耦u26的引脚1与电阻r135以及电阻r138连接，引脚3与电阻r138以及mcu连接，引脚5与电阻r137以及电阻r156连接，引脚6与电阻r156连接；所述电阻r137与调制解调电路连接。

31、进一步地，所述电源基准电路包括一电压基准芯片u2、一运放u4a、一运放u4b、一电容c6、一电容c9、一电容c10、一电容c11、一电容c12、一电容c13、一电容c14、一电容c15、一电阻r7、一电阻r8、一电阻r9、一电阻r10、一电阻r21、一电阻r22、一电阻r25、一电阻r26、一电阻r27以及一电阻r28；

32、所述电压基准芯片u2的引脚4与电容c12的一端连接，引脚5与电容c12的另一端连接，引脚6与电容c10、电容c11、电阻r7、电阻r9以及电阻r25连接；所述电容c14的一端与电阻r9连接，另一端与电容c10以及电容c11连接；

33、所述电阻r26与电容c15并联后，一端与电阻r25以及运放u4a的引脚3连接，另一端接地；所述运放u4a的引脚1与电阻r27、电阻r28以及adc驱动电路连接，引脚2与电阻r27连接；

34、所述电阻r10与电容c9并联后，一端与电阻r7以及运放u4b的引脚5连接，另一端接地；所述运放u4b的引脚6与电容c13、电阻r21以及电阻r22连接，引脚7与电阻r8以及电容c13连接；所述电容c6的一端与电阻r8、电阻r22以及adc电路连接，另一端接地。

35、本实用新型的优点在于：

36、通过设置前置处理电路、包括模拟开关u11的调制解调电路、交流放大电路、档位切换电路、后级滤波电路、adc驱动电路、adc电路、mcu、pwm隔离驱动电路以及电源基准电路，mcu通过pwm隔离驱动电路控制模拟开关u11，以对调制解调电路的调制功能和解调功能进行控制，通过调制解调电路将前置处理电路输入的易受工频干扰的微弱直流信号调制到高频段处理，即先通过交流放大电路对经过调制的信号进行放大和滤波，再通过档位切换电路进行档位切换，然后由调制解调电路对交流信号进行解调，依次通过后级滤波电路、adc驱动电路以及adc电路进行采样，相对于传统上对直流信号直接进行放大滤波处理，受工频噪声的干扰小，极大的提升了采样稳定性；相对于传统上通过锁相放大电路提取被测信号的直流量，结构简单，电路成本低，最终极大的提高了直流信号采样精度，极大的降低了直流信号采样成本。