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多种信号源隔离输入的信号调理模块设计_安江心2006

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多种信号源隔离输入的信号调理模块设计

多种信号源隔离输入的信号调理模块设计
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8 R R+ 7 R /+OV =)8 ( /+AV
1 2 WQA 是 导的 X 3 ) ( 2 ) ( 。示所6图
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8 R R+ 7 R /+OV =)8 ( /2RV
1 R+ WR R+ WR+ 1 R+ WR ) ( )2 ( /2RV =)2 ( /+AV 。示所5图如 路 电 效 等 的 时 式 方 号 信 准 标 在 作 工路电的示所4图

信号调理模块

信号调理模块

一、信号调理模块信号调理模块也称隔离变送器模块，它们可将接收设备产生的±V、±mA和±mV各种信号，经过此模块变送成客户所需要的各种信号并隔离传送到控制室的PLC/DCS/显示仪表等接收设备，能有效地抑制各种设备之间信号干扰，解决各种设备之间“地”电位差的问题。

广泛应用于石油、化工、水处理、冶金、制药、电力、水泥、造纸、公用事业自动化等领域。

该产品包括信号隔离变送器模块、隔离栅、安全栅。

芯片式国际标准引脚板载模块和标准DIN卡装产品能满足不同的场合对安装方式的要求；普通产品和本质安全产品能满足不同区域对防爆的要求。

基于独有的专利技术，产品在高精度、低温漂、高隔离、高可靠性等方面具有独特的技术优势，能为客户在信号隔离、调理、变送等方面提供整体解决方案。

信号调理模块广泛应用于压力、流量、温度、液位等各类仪表输出端口，可实现信号的隔离传输、切断地回路干扰，信号的远距离传输，有效解决现场干扰及仪表端口保护。

该系列产品内部采用电磁隔离技术，电源输入、信号输入、信号输出、配电输出之间相互隔离，相比光耦各类，产品具有更好好的温漂特性和线性度。

ü高传输精度：0.1%ü高线性度：0.1%ü低温漂：0.0035%F.S./℃ü高电气隔离：2500VDCü工业级温度：-25~71℃（工作温度）ü高可靠性：MTBF>50万小时高精度正负信号系列信号调理模块继直流正负双极性电压信号（±5V;±10V）输入输出的高精度隔离变送器—TxxxxCP推出之后，又成功的推出了两款正负信号隔离变送模块－TxxxxAP(±5V/±10V→0~5/10V)和TMxxxxCP(±10~±100mV→±5V/±10V)，进一步地补充和完善了正负信号系列产品类型，它们接收设备产生的±V和±mV双极性电压信号，经过此系列模块变送成客户所需要的信号并隔离传送到控制室的PLC/DCS/显示仪表等接收设备，能有效地抑制各种设备之间信号干扰和解决各种设备之间“地”电位差的问题。

一种信号源功率调节模块设计

一种信号源功率调节模块设计

电子设计工程Electronic Design Engineering第26卷Vol.26第19期No.192018年10月Oct.2018收稿日期：2017-12-20稿件编号：201712126作者简介：魏建勇（1979—），男，湖北枝江人，硕士，工程师。

研究方向：移动通信网。

专用通信射频信号源的输出频率（1770~2400MHz ）范围较广，信号变化幅度较大（从-120~13dBm ），而且前端数字信号源部分输出信号幅度随着频率变化而变化。

为了满足宽范围、高精度的通信射频信号源需求，本文设计了一种信号源功率调节模块[1]，使用可变增益放大器（Variable Gain Amplifiers ，VGA ）、功率放大器、耦合器、检测器、衰减器构成了射频部分，ARM 处理器实现模块的闭环自反馈稳定控制。

该模块可以接收可变幅值的宽频段射频信号，将其以指定功率发射出去，达到了输入输出宽范围、输出高精度的要求。

1模块总体设计本模块主要由模拟VGA 、放大器、耦合器、功率检测器、衰减器和处理器组成。

框图如图1所示。

图1信号源功率调整模块组成框图从功能的实现上来看，此结构可分为两部分。

第一部分是AGC 环路：模拟VGA 实现连续功率调整，实现一定范围的功率连续可调；放大器将输出功率进行放大，以弥补模拟VGA 输出功率受限的不足；耦合器将输出功率取出很小一部分送到检测器，将剩下的大部分输出功率送到后续衰减部分；功率检测器检测耦合器送来的功率，输出模拟信号到处一种信号源功率调节模块设计魏建勇（武汉虹旭信息技术有限责任公司湖北武汉430074）摘要：通信信号源的关键性能参数是精确度和动态范围，为了实现高精度、大动态范围的信号源，设计了基于可变增益放大器ADL5330、功率检测器AD8318、ARM 控制器的功率调节模块。

分析了这几种主要芯片以及其他芯片的功能和性能，并给出控制部分实现方案，分析了功率调节模块的各部件和整模块的实际测试结果。

模拟信号调理电路

模拟信号调理电路

1. 大信号输出传感器 :为了与A/D输入要求相适应，传感器 厂家开始设计、制造一些专门与A/D相配套的大信号输出 传感器。
传感器 小电压 小信号放
小电流
大
传感器 大电压
传感器 大电流 I/V转换
信号修正与变换
滤波 A/ D
V/ F
微机
光电耦 合
微机
图6.1 大信号输出传感器的使用
2.数字式 传感器
隔离放大 器
隔离放大器(Isolation Amplifier)输出端和输 入端各自具有不同的电位参考点、即输入端和 输出端没有直接的电耦合，而是通过光、变压 器或电容等耦合元件耦合。输入端和输出端的 绝缘电压一般达1000V以上，绝缘电阻达数十 ΜΩ。因此输入端的干扰不会直接到达输出端， 多路通道使用隔离放大器时相互之间不会影响。 当仪器工作环境噪声较大而信号较小时，采用 隔离放大器可保护电子仪器设备和人身安全， 提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。
02 单 击 此 处 添 加 小 标 题
PGA202不需任何 外部调整元件就能 可靠工作。但为了 保证效果更好，在 正、负电源端分别 连接一个1μF的旁 路钽电容到模拟地， 且尽可能靠近放大 器的电源引脚，如 图6.10所示，由于 11脚、4脚上的连 线电阻都会引起增 益误差，因此11、 4脚连线应尽可能短。
单击此处添加副标题
第六章 模拟信号调理
6.1 传感器的选用
6.2 运用前置放大器的依据
6.3 常用放大器
6.4 信号调制与解调
6.5 信号滤波电路
6.6 信号转换电路
6.7 A/D转换电路
在一般测量系统中信号调理的任务较复杂， 除了实现物理信号向电信号的转换、小信 号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线 性化处理、温度补偿、误差修正和量程切 换等，这些操作统称为信号调理（Signal Conditioning），相应的执行电路统称 为信号调理电路。

一种具有高隔离度和高相位一致性的多通道接收模块设计

一种具有高隔离度和高相位一致性的多通道接收模块设计

[4] 武红玉,历志强,乔明昌,等.毫米波多通道接收组件隔离度对
移相的影响[J].舰船电子对抗,2016,39(3):79-82.
[5] 王晓光.变频多通道通带相位一致性控制研究[J].通信技术,
2018,51(10):2297-2304.
[6] 沈玮,张理正,秦琨,等.一种多通道高隔离度毫米波发射组件
ZC XC
图 2 单个接收通道的结构图
Fig.2 Structure diagram of one single receiving channel
每路接收通道在电路结构上完全一致。其中下变频 模块、STC 模块和混频模块使用 13 所 17 专的多功能封 装器件，减小了电路规模尺寸。接收链路最前端的低噪 声放大器中集成了限幅器，满足抗烧毁的要求。通过链 路中的开关器件来实现接收通道的关断功能。STC 模块 包含一级压控衰减器和一级数控衰减器，压控衰减器实 现 STC 功能，数控衰减器用来调整通道增益。 2 工程设计
2.1 物理布局 多通道接收模块整体采用大盒体套小盒体的形式， 各个功能单元单独一个金属屏蔽小盒体，使用金属壁压 接加上盖板的形式进行屏蔽，提高抗干扰性能。接收通 道电源由专门的电源板提供，两者通过上下对插的低频 接插件互连，对应接收通道的接插件四周密封，使得整 个盒体与外界基本完全隔离。接收通道的本振输入口由 两个背向垂直安装的 SSMP 电连接器完成，与本振模块 之间通过射频电缆连接。单个接收通道的结构图如图 2 所示，整机结构拓扑图如图 3 所示。
分后接入接收通道，以第一个接收通道的相位为基准点，
测试其余接收通道对比基准通道的相位差值。相位一致
性测试数据如表 2 所示。
图 6 接收机模块实物图 Fig.6 Physical diagram of receiver

一种多信号采集功能的信号调理电路设计

一种多信号采集功能的信号调理电路设计

一种多信号采集功能的信号调理电路设计在实际生产中往往需要对种物理信号进行检测以便实现计量控制，对不同的信号往往需要不同的集电路，这一来在设计、安装与调试方面存在很多不便之处。

文提出一种通用的可对多种信号行采集的信号调理电路。

若将此路应用于仪器仪表中，则不必开箱，需通过软件设定即可接工业现场常见的各种信号，并可同时对八个通道拟量进行采样记录，各个通道完全隔离。

1、硬件计信调理电路单路输入的硬件结，包括信号输入、放大、单片机控等几大部分。

信号输入电由精密基准电源MAX872、光继电器AQAX872具有较宽的电压输范围，输出精度可达2.500V0.2%。

LTC1043CN双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪放大电路、压频转换电路采样保持电路等。

当内部开关率被设定在额定值300Hz，LTC1043CN的输精确度最高，此时电容器CS和CH大小为1μF。

LTC1043CN和运放LT1013组成差分单端放大器，用LTC1043CN为差分入的电压采样值，电压保持在电容器CS上并到接地参考电容器CH中，而CH的电送到LT1013的非反相入端放大。

LTC1043CN是通过电容完成电压的传，使电压差分输入变为单端输，并起到了好的信号隔离作用，在本设计中电容的巧妙接法解决了热阻的三线制输入问题。

放大电路运放LT1013和字电位器X9241M组成，放大增益由数字电位器X9241中三个数字电位器决定，使输入信经过放大后均变为0～500mV的电压信号，满足模数转换器允许的电压输范围。

本部分电路仅完成信号输，是们研制网络化智能仪的一部分，对于输入信号模数转换、数处理、显示则由其它模块成。

S4、S5、S6是控制一路输入的光继器，采集该信号时同时合上，其他电路是所有通道号输入的公共电路，只是根据输信号的不同，单片机改变其余光继电器的状，形成不的输入电路。

具体可分为以下种情况:采集1～5V电压信号时:继电器CH合上，P11、SI、P37断开，通过电阻R2、R4实现分后变为0.25～1.25V电压信号加在数字电位X9241的0号电位器V0两端，经过软件实对该电位器的调节，令其滑动端的数值为25，按25J63这比例继续分压变为约100～500mV信，加LTC1043CN的电容CS上，此时数字电位器X9241的其它3个电器形成的放大倍数应为1，才能保证在运LT1013的输出端最大电压不超过500mV;具体如何设这3个电位器滑动端的数值见后面件部分。

A1系列信号调理模块


标准电流信号隔离模块
输入信号 输出信号 精度 线性度 隔离电压 频率响应 输入阻抗 输出负载 工作温度 温度系数 电源消耗 供电电压
0～10mA、0～20mA、4～20mA 0～10mA、0～20mA、4～20mA 0.2 % 0.1 % 2000V / 1分钟（输入、输出、电源及通道间相互隔离） ＜2KHz ≤50Ω ≤500Ω 0～50℃ ＜150ppm/℃ ＜50mA 24VDC±10％
0～5V
0～20mA
0～10V
0～10mA
0～10V
4～20mA
-5V～+5V
0～10mA
-5V～+5V
0～20mA
-5V～+5V
4～20mA
-10V～+10V
4～20mA
4～20mA
1～5V
0～20mA
0～10V
4～20mA
0～10V
用户特定规格
4. 接线框图
❖ 小信号放大隔离转换模块
1. 原理框图
3.
标准电压信号隔离模块
输入信号 输出信号 精度 线性度 隔离电压 频率响应 输入阻抗 输出负载 工作温度 温度系数 电源消耗 供电电压
0～5V、0～10V、-5V～+5V、-10V～+10V 0～5V、0～10V、-5V～+5V、-10V～+10V 0.2 % 0.1 % 2000V / 1分钟（输入、输出、电源及通道间相互隔离） ＜2KHz ≥100KΩ ≥5KΩ 0～50℃ ＜150ppm/℃ ＜50mA 24VDC±10％
0～20mA
0～20mA
4～20mA
4～20mA
用户特定规格
4. 接线框图

隔离信号调理模块

隔离信号调理模块什么是隔离信号调理模块？隔离信号调理模块是一种广泛应用于工业控制系统中的电子元件。

顾名思义，该模块主要是为了实现对信号隔离与调理的功能。

在工业控制领域中，隔离信号调理模块通常用于解决信号干扰、传输距离过长、电压不稳定等问题。

隔离信号调理模块通常由输入电路、输出电路、隔离器、信号调理电路和电源电路等模块组成。

其中，输入电路通常能够接收多种不同类型的信号，并将其转换为标准信号输出；输出电路则通常能够将标准信号转换为需要的信号类型输出；隔离器则用于隔离输入与输出电路，以避免潜在的干扰和短路问题；信号调理电路主要是用于对信号进行可靠的调理，以确保信号传输的正确性和稳定性；电源电路则为整个模块提供稳定的电源保障。

隔离信号调理模块的应用隔离信号调理模块在工业控制领域中的应用非常广泛，主要应用于以下几个方面：1. 信号隔离在工业控制系统中，由于信号源之间存在巨大的电位差，因此信号之间常常会产生相互干扰的问题。

隔离信号调理模块能够通过隔离器将输入信号和输出信号相互隔离，有效地避免信号之间的相互干扰和干扰问题。

2. 信号转换隔离信号调理模块的另一个主要功能就是实现信号的转换。

例如，输入信号可能是电压或电流信号，而由于实际的传输距离、负载等因素，输出信号可能需要转换成不同类型的信号，例如4-20mA电流信号或DC信号等。

3. 信号补偿在工业控制系统中，一些传感器或检测器输出的信号可能会因为工作环境的影响而出现误差。

隔离信号调理模块能够利用信号调理电路实现对信号的精确修正，以将误差减小到最小。

4. 抗干扰能力由于工业设备多处于恶劣的环境中，诸如噪声、互干扰、瞬时干扰等干扰信号也是十分常见的。

隔离信号调理模块顾名思义，其中的隔离器起到了很好的屏蔽隔离和减小外界干扰的作用，极大增强了工业设备的抗干扰能力。

隔离信号调理模块的特点隔离信号调理模块有如下特点：1. 高精度高质量的隔离信号调理模块能够实现精度高达0.1%的信号调理。

多种信号源隔离输入的信号调理模块设计


（ 噪声 ） 其 表 现 形 式 主 要 有 差 模 干 扰 、 模 干 扰 以 及 不 同 ， 共 地 电 位 引 发 的 干 扰 等 对 前 两 种 干 扰 ， 般 采 用 电容 电 感 一 滤 波 或 采 用 差 分 输 入 等 手 段 解 决 （ 方 面 的介 绍 较 多 ） 对 这 ； 后 一 种 干 扰 ， 常 要 求 将 不 同现 场 的传 感 器 相 互 隔 离 。 隔 通 离可 以有多种方法 ， 比如 在 运 放 环 节 采 用 隔离 运 放 等 。 本 设 计 采 用 的 方 法 是 在 输 入 环 节 采 用 通 道 隔离 。 从技 术层面来说 ， 入模块的设计应该满足 ： 输 ① 适 应 不 同类 型 的传 感 器 ； ② 隔 离 现 场 带 来 的其 他 信 号 ； ③ 满 足 Ａ／ Ｄ转 换 器 输 入 端 对 信 号 的要 求 。
厂…
基 于 此 ， 者 设 计 了 一 种 可 适 应 电 压 、 流 、 电 偶 笔 电 热
（ 种 分 度 号 ） ＲＴＤ（ 各 、 电阻 式 温度 检 测器 ） 不 同类 型 传 感 等 器 、 回路 之 间 相 互 隔 离 的 输 入 模 块 ， 够 较 好 地 适 应 数 各 能 据采集现场 各种复杂环境的需要 。
～¨Ｌ【 ８ ）３ ３ Ｃ０Ｍ １ Ｎ． Ｃ． Ｃ０Ｍ ３ Ｎ Ｃ３ ＮＣ Ａ ＣＯＭ ４ Ｎ． Ｃ． Ｃ０Ｍ ２
图 ３ 表 １
Ｌ ０ＧＩ Ｉ Ｃ Ｎ Ｏ １ Ｐ Ｒ ０ＦＦ Ｗ Ｃ０Ｍ ＮＣ Ｎ０ ｏＦ Ｆ
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ＮＣ Ｃｏ Ｍ ０ＦＦ ０ＦＦ Ｎ０ ０Ｆ Ｆ Ｃ０Ｍ ０ＦＦ
型 与 开 关 状 态 的关 系 如 表 ２所 列 。
表 Ｊ Ｎ —Ｉ Ａ＋ Ａ一 Ｂ Ｂ ＋ 一 Ａ＋ Ａ一 Ｂ Ｂ ＋ 一

信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010036503.X(22)申请日 2020.01.14(71)申请人 上海理工大学地址 200093 上海市杨浦区军工路516号(72)发明人 安加婷　胡锦浩　陈晟皓　董祥美　李铁栓　隋国荣　(74)专利代理机构 上海德昭知识产权代理有限公司 31204代理人 郁旦蓉(51)Int.Cl.H04B 1/40(2015.01)H04L 5/14(2006.01)H04B 15/00(2006.01)(54)发明名称信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用(57)摘要本发明提供了一种信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用，信号调理模块包括码分复用单元、高频调制单元、模拟信号调制单元、频分复用单元以及微波调制单元。

信号处理模组中包括信号调理模块、发射天线、接收天线以及信号还原模块，多路信号传输装置包括第一通信筒、设置在第一通信筒内的第一信号处理模块、第二通信筒以及设置在第二通信筒内的第二信号处理模块，第一通信筒与第二通信筒同轴设置，并且第二通信筒能够绕第一通信筒的轴线进行转动，多路信号传输装置应用于旋转连通的信号传输。

权利要求书2页 说明书8页 附图3页CN 111245467 A 2020.06.05C N 111245467A1.一种信号调理模块，用于根据输入的具有多个数字分信号和模拟分信号的外部数模混合信号生成微波信号，其特征在于，包括：码分复用单元，用于对所述外部数模混合信号的多个数字分信号通过码分复用进行合并，从而分形成一个数字中间信号；高频调制单元，用于通过高频频段的载波对所述数字中间信号进行调制形成对应的数字调制信号；模拟信号调制单元，用于对所述外部数模混合信号的所述模拟分信号进行调制形成模拟调制信号；频分复用单元用于将所述数字调制信号和所述模拟调制信号通过频分复用进行合并，从而形成复用混合信号；以及微波调制单元用于通过微波频段的载波将所述复用混合信号进行调制形成所述微波信号。

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3 2
2006 年第 7 期
adv @mesne t. co m. cn(广告专用)
参考文献
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当 R7 =R8 时 , 由式(8) 、(9)得 :
(10)
V O+ =(1 /2) V0 =V RW +VR* +1 /2 V RT D
VO+ -
VO -
= V RW
+V
*
R
+(1 / 2)
V RTD -
V
*
R
- VRW
=(1 /2)
V RTD
(11)
(11)式表明 , 输出端的电压与传感器导线长度(电 阻)
2 电路分析
图 4 所示的电路工 作在标 准信 号方式 时的 等效电 路
如图 5 所示 。
V A+ /(R W +R 1 +R W +R 2) = VR2 /(R W +R 2) (1)
V R2 /(R 7 +R 8) = VO + /R 8
(2)
V O - =0
(3)
式中 :RX 是 M AX383 的 导通电 阻 , RW 是 AQW 21X 的 导
paper@m esne t. com . cn(投稿专用)
图 4
图 5
通电阻 。当 R7 =R8 , RW R2 时 , 由式(1) 、(2)得 :
VO+ =(1 /2) V R2 ≈(1 / 2) R2 /(R1 +R2 ) VA+
V O+ - V O- =(1 /2) R2 /(R 1 +R 2) VA +
(噪声) , 其表现形 式主要有 差模干 扰 、共模 干扰 以及不 同 地电位引发的干扰等 。对前两种干扰 , 一般采用电容 电感 滤波或采用差分输入等手段解决(这方面的介绍较多) ;对 后一种干扰 , 通常要求将不同现场的传感器相互隔离 。隔 离可以有多种方法 , 比如在运放环节采用隔离运放等 。本 设计采用的方法是在输入环节采用通道隔离 。
3 1 2006 年第 7 期 Microcont ro lle rs & Em bedded Sys tems
图 6
V O+ =(1 /2) V A+
V O+ - VO - =(1 /2) VA +
(7)
因为输入端为热电偶 ,因此 输出端得 到的就是 十 mV
级的信号 。
图 4 所示电路工作在 RT D 方式时 的等效电路 如图 7
(4)
考虑到 A + 、A - 是标 准信号(0 ～ 10 mA 、4 ～ 20 mA 、1
～ 5 V 等)输 入 , 我们 希望 在输出 端(VO + - VO - 得 到与 其
他类型输入信号 同样 数量 级的 电 压(数十 mV) , 因 此 R1
应大于 R2 数十倍 。例 如 , 选 取 R2 =3 k Ψ、R1 =72 k Ψ, 当
通电阻为 0. 83 Ψ;I /O 隔 离电 压为
1500 V(A C) 。
图 2
1. 2 MAX383 低压模拟开关简介[ 3]
M AX383 低压模拟开关方块图如图 3 所示 , 真值表如 表 1 所列 。
3 0
2006 年第 7 期
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1 基于光耦继电器 AQW21X 的回路隔离 输入模块
1. 1 AQW21X 光耦继电器简介[ 2]
AQ W21X 系列光耦继电器方块图如图 2 所示 。
主 要参 数 :负载 耐 压为 60 V ;
LED 前端电流为 50 mA ;连续 负载
电流为 350 mA ;继电器动作开时间
为 0. 65 ms , 关时 间为 0. 08 ms ;导
所示 。
图 7
设 RT D 为 Pt100 , 恒 流源 处的电 压为 V0 , R* 是传 感 器导线电阻 。
V O+ / R8 = V 0 /(R7 +R8 )
(8)
V0
= VRW
+V
*
R
+V RTD
+VR *
+V RW
=2(V RW +VR* ) +V RTD
Hale Waihona Puke (9)VO-=V*
R
+VR W
京 :科学出版社 , 1986.
安江心(高级工程师), 从事计算机教学与嵌入式系统开发应用工作。 (收稿日期 :2006-02-15)
A RM 在北京成功举办首届中国开发者大会
2006 年 5 月 31 日 , 首届“A RM 中国开发者大会” 在北京航空航天大学成功举行 。 ARM 开发者大会是围绕 A RM 开发为主题的大型专题 研讨会 。之前 , A RM 公司在 美国已 成功举行 过数届 规模 庞大的全球开发者大会 , 反响热烈 。本次会议是 A RM 公司在中国首次召开的本地开发者大会 。 本次大会得到北京及临近地区嵌入式开发工程师的热烈响应 , 共有 250 多人报名参加 , 15 家 A RM 合作伙伴 进行 现场产品和技术展示 。来 自 A RM 总 部和 本地 的 技术 人员 介绍 了 最新 的 A RM 技 术和 嵌 入式 应用 发展 趋 势 、基 于 ARM 开发产品的实例解析等 。广州周立功单片机发展有限公司 、展讯通信有限公司 、上海杰得微电子有限公司 、飞利 浦公司 、AKA E 开发者社区代表等受邀作了精彩的报告 。
图 1 在传感 器 、信 号调 理 、A / D 转 换等 诸多 模块 中 , 信 号 调理模块设计的重要性不可低估 。事实上 , 前端传感器 部 分的选择性较少 ,什 么场合 、什 么样 的模拟 信号 使用什 么 样的传感器有规范可寻 ;而后端 A /D 转 换模块的选 择 , 则 主要考虑转换精度 、转换频 率问题 , 它不能 与传 感器直 接 连接 。因此 , 介于两者之间的信号调理模块起到了承上 启 下的桥梁作用 。信号调理模块通过传感器与现场相 连 , 在 传递有效信号的 同 时 , 不 可避 免地 会 带进 各种 干 扰信 号
S1 S2 S 3 S 4 S 5 10000 01000 10010 01010 10110 01110 1 0 0X1 0 1 0X1
简要说明 :传感 器信号 由 J IN 端口 接入 , 然后根 据 信号类型选择开关 S1 ～ S5 , 在 J O UT 端口 得到 调理 好 的信号送到 A /D 转换模块 。其中 :DGN D 、VDD 表示传感 器侧数字电 源 ;A GND 、V +5 和 V - 5 表示传 感器 侧模 拟 电源 ;VCC 和接地符号表示计算机侧电源 。
LOGIC IN 0 1
PWR OFF
图 3
表 1
COM NC NO OFF
NC COM OFF OFF
NO O FF COM O FF
主要参数 :单电源操作为 +3 ～ +15 V ;双电源 操作为 ±3 ～ ±8 V ;导 通电阻 为 20 Ψ, 引脚 TT L / CM OS 逻辑电平兼容 。
从技术层面来说 , 输入模块的设计应该满足 : ① 适应不同类型的传感器 ; ② 隔离现场带来的其他信号 ; ③ 满足 A /D 转换器输入端对信号的要求 。 基于此 , 笔者设 计 了一 种 可适 应 电压 、电 流 、热 电 偶 (各种分度号) 、RTD(电阻式温度检测器)等不同类型传感 器 、各回路之间相互隔离的 输入模 块 , 能够 较好 地适应 数 据采集现场各种复杂环境的需要 。
输入端(VA + - VA - )的 电压 为 +5 V 时 , 输出 端电 压为 +
100 mV 。
图 4 所示的电 路工作在 热电偶 方式时 的等 效电路 如
图 6 所示 。
V A+ /(R7 +R8 ) =V O+ / R8
(5)
V O- =0
(6)
当 R7 =R8 时 , 由式(5)得 :
1. 3 信号调理模块
信号调理模 块电 路如 图 4 所示 。输 入信 号类 型与开关状态的关系如表 2 所列 。
表 2
J IN A+ AB+ BA+ AB+ BA + RT D A B + RTD B -
输入信号类型
回路 1 标准信号 回路 2 标准信号 回路 1 热电偶 回路 2 热电偶 回路 1 RTD 回路 2 RTD 回路 1 内部校零 回路 2 内部校零
无关 , 也与光偶器件的导 通电阻 无关 。如 前所 述 , 我们 希
望在输出端得到统 一的 电压(数 十 mV )。考 虑到 输入 类
型为 Pt100 电阻 , 阻值一般是 百 Ψ左右 , 因此恒 流源电 流
控制在 1 mA 左右为宜 。
结 语
综合以上分析得到的结 论是 :图 4 所 示电 路 , 可以 直 接与标准信号 、热电偶 、RTD 连接 , 无需手 工跳线 ;只需 在 软件中对开关 S1 ～ S 5 做相应的设置 。对于不同分度号的 热电偶也只要在内存中存 储分 度号线 性表即 可 。因为 不 论哪一种输入信号 ,都被调理成数十毫伏级的电压差 分信 号输出 , 故后端的 A /D 部分也很容易实现 。限于篇 幅 , 本 文仅设计了两路输入信号 的电 路 。事实上 可扩 充至任 意 路数 。当对外部信号进行采集时 , 只有被采集的回路 与计 算机的 输入 模块 有电 的连 接(V +5 、V - 5 、A GND 、VDD 、 DG ND) , 各回路之间在 任何 时候都 被互 相隔 离才 能彻 底 消除不同地电位 之间的 干扰 。 RT D 端 虽然 有连 接 , 但 因 为是由本机供电 , 故不存在地电位的问题 。热电偶的 冷端 补偿放在本模块和 A /D 模块之间解决 , 这里不赘述 。