一种具有滤波和模拟/数字转换功能的电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于信号处理电路领域，特别是涉及到一种能够对模拟信号进行滤波和模拟/数字转换处理的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路。本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路具体包括减法电路、滤波电路、加法电路、采样保持电路、模拟/数字转换电路和时钟电路构成，具体连接方式为：模拟电压信号接至减法电路的正输入端，采样保持电路的输出接至减法电路的负输入端；滤波电路的输入端与减法电路的输出端连接在一起。本发明可以有效地从输入信号中突出干扰信号的影响，进而利用滤波电路将其滤除，具有优异的滤波效果。
【专利说明】
一种具有滤波和模拟/数字转换功能的电路
技术领域
[0001]本发明属于信号处理电路领域，特别是涉及到一种能够对模拟信号进行滤波和模拟/数字转换处理的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路。
【背景技术】
[0002]在自动化设备的工作过程中，需要利用传感器将外界的物理量转换为电气的模拟信号，由于模拟信号中必不可免的包含有大量的干扰，因此必须要先对其进行滤波处理，然后才能进行信号转换等其他操作或分析。现有的硬件滤波电路主要有惯性滤波器、一阶低通或者二阶低通有源滤波器等几种，这些滤波器虽然可以有效消除干扰信号，使模拟信号的波形更加平滑，但是这也导致了滤波后的电压波形存在波形畸变、交流信号相位滞后等问题，这些缺陷限制了硬件滤波电路在实际中的应用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种可以在有效解决模拟电压信号滤波前后波形畸变、相位滞后等问题的前提下，对其进行快速、高效的滤波处理，并最终实现模拟/数字转换的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路
[0004]本发明的目的是这样实现的
[0005]本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路具体包括减法电路、滤波电路、加法电路、采样保持电路、模拟/数字转换电路和时钟电路构成，具体连接方式为:模拟电压信号接至减法电路的正输入端，采样保持电路的输出接至减法电路的负输入端;滤波电路的输入端与减法电路的输出端连接在一起;加法电路的一个输入端与滤波电路的输出端连接在一起，另一个输入端与采样保持电路的输出端连接在一起;模拟/数字转换电路的模拟信号输入端与加法电路的输出端连接在一起，模拟/数字转换电路的输出端为外界其他电路提供转换后的数字信号;采样保持电路的信号输入端与加法电路的输出端连接在一起;时钟电路为采样保持电路和模拟/数字转换电路提供其工作所必须的时钟信号。
[0006]本发明的有益效果在于:
[0007](I)本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路，将当前由外界电路提供的模拟电压信号与上一个时钟周期滤波后的模拟电压信号作比较，通过减法电路减去相同的部分，得到电压的变化量，即电压增量，采用这种处理方法，可以有效地从输入信号中突出干扰信号的影响，进而利用滤波电路将其滤除，因此本发明提出的这种电路具有优异的滤波效果。
[0008](2)在本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路中，虽然滤波电路也存在时滞问题，但是该时滞只是对电压增量信号有一定的影响，经过滤波后的电压增量信号还要与上一个时钟周期滤波后的模拟电压信号相加，才能得到被滤波后的当前的模拟电压信号，由于电压增量信号的幅值相对较小，所以加法电路输出的滤波后的模拟电压信号不会存在有明显的时滞现象。时钟电路输出的时钟信号频率越高，电压增量信号的幅值就会越小，对时滞现象的抑制就会越好。
[0009](3)在本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路中，时钟电路同时为模拟/数字转换电路和采样保持电路提供时钟信号，可以确保被模拟/数字转换电路转换的滤波后的电压信号同时被采样保持电路采样、保持，进而在下一个时钟周期内，减法电路和加法电路都以该电压信号为基准，产生电压增量信号和滤波后的电压信号，实现了滤波和模拟/数字转换所采用的信号的连续性。
【附图说明】
[0010]图1具有滤波和模拟/数字转换功能的电路的结构框图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0012]本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路在工作过程中的运行原理如下所述:
[0013](I)在某一个时钟周期(时钟周期由时钟电路的输出时钟信号决定)内，减法电路将当前由外界电路提供的模拟电压信号减去上一个时钟周期滤波后的模拟电压信号(即采样保持电路的输出信号，也可以理解为前一次进行了模拟/数字的模拟电压信号)，其差值(即减法电路的输出信号)为当前输入的模拟电压信号与上一次滤波后的模拟电压信号之间的电压增量，如果外界电路提供的模拟电压信号中存在干扰信号，则该干扰信号必然存在于减法电路输出的电压增量信号中；
[0014](2)利用滤波电路对减法电路输出的电压增量信号进行滤波，由于干扰信号的变化幅度远大于没有干扰的电压增量信号的变化(对于没有干扰的连续变化的模拟电压信号来说，其电压增量的变化必然是小幅度且连续的)，因此设计合理的滤波电路必然会有效地滤除干扰信号；
[0015](3)滤波后的电压增量经过加法电路再与上一个时钟周期滤波后的模拟电压信号相加，就得到了被滤波后的当前的模拟电压信号；
[0016](4)当由时钟电路产生的下一个时钟信号到来时，模拟/数字转换电路和采样保持电路被同时被触发，模拟/数字转换电路对被滤波后的当前的模拟电压信号进行转换，采样保持电路对被滤波后的当前的模拟电压信号进行采样保持；
[0017](5)随着时间推移，时钟电路产生连续的时钟信号，以上过程不断重复进行，进而实现了对模拟电压信号的滤波和模拟/数字转换处理。
[0018]本发明提出的具有滤波和模拟/数字转换功能的电路在上电工作的第一个时钟周期内，由于采样保持电路的输出存在不确定性，会导致滤波效果有较大的误差，但是经过几个时钟周期后，该误差就会被有效消除。因此当外界电路使用本发明的电路提供的数字信号时，可以通过软件编程等方法，舍去最初几个数据，进而避免上电初始时刻的误差影响。
[0019]实施方式一
[0020]减法电路的可采用以集成运算放大器为核心的减法运算电路来实现，其中的运算放大器可选用0P07等芯片；
[0021]加法电路的可采用以集成运算放大器为核心的减法运算电路来实现，其中的运算放大器可选用0P07等芯片；
[0022]滤波电路可根据实际需求选用现有的各种滤波电路，例如由电阻和电容构成的阻容滤波电路等；
[0023]采样保持电路可以采用现有的各种具有采样、保持功能的芯片辅以外围电路来实现，例如AD582芯片、LF198芯片等；
[0024]模拟/数字转换电路可以采用现有的各种模拟/数字转换芯片辅以外围电路来实现，例如ADC0809、AD7810等，要保证模拟/数字转换电路的工作频率与采样保持电路的工作频率相一致；
[0025]时钟电路可采用现有的各种能够产生稳定时钟信号的电路或器件来实现，例如卧式晶振等，时钟信号的频率必须能够满足采样保持电路和模拟/数字转换电路的需求。
【主权项】
1.一种具有滤波和模拟/数字转换功能的电路，包括减法电路、滤波电路、加法电路、采样保持电路、模拟/数字转换电路和时钟电路构成，其特征在于:模拟电压信号接至减法电路的正输入端，采样保持电路的输出接至减法电路的负输入端;滤波电路的输入端与减法电路的输出端连接在一起;加法电路的一个输入端与滤波电路的输出端连接在一起，另一个输入端与采样保持电路的输出端连接在一起;模拟/数字转换电路的模拟信号输入端与加法电路的输出端连接在一起，模拟/数字转换电路的输出端为外界其他电路提供转换后的数字信号;采样保持电路的信号输入端与加法电路的输出端连接在一起;时钟电路为采样保持电路和模拟/数字转换电路提供其工作所必须的时钟信号。
【文档编号】H03M1/12GK105978567SQ201610289437
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】张强, 姚任畅零, 张茜, 王珅, 付兴利, 张炜, 白峻汀, 王云鹏, 宿小明, 王言畅
【申请人】哈尔滨工程大学