一种模数转换电路的制作方法
1.本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种模数转换电路。
背景技术：
2.模数转换电路为小信号采集电路，极易受到其他电路的影响。比如电源线上所带的干扰信号，传导到模数转换电路，会造成模数转换电路的采集偏差增大，甚至出现错误，无法适用于有强干扰的环境。
3.为了提高模数转换电路的抗干扰性，现有技术提出了一种隔离式模数转换电路，可以在一定程度上增强电路的抗干扰性能，然而需要额外增加一路隔离电源，造成电路的外围元器件多，集成度低，电路臃肿。
4.因此，在保证模数转换电路的抗干扰性的同时提高电路集成度成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
5.本发明提供一种模数转换电路，以解决现有模数转换电路存在的无法同时兼顾抗干扰性和集成度的问题。
6.本发明的是这样实现的，一种模数转换电路，包括：
7.采样模块、滤波模块、隔离型模数转换模块、mcu控制器；
8.所述采样模块，用于串接在电源电压和负载之间，采集模拟信号，将所述模拟信号提供至所述滤波模块；
9.所述滤波模块，用于对所述模拟信号进行滤波处理；
10.所述隔离型模数转换模块，用于将滤波处理后的模拟信号转换为数字信号，然后将所述数字信号提供至所述mcu控制器；
11.其中，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电。
12.可选地，所述隔离型模数转换模块包括：
13.模拟信号接口、模数转换芯片、电源输入接口、单片机接口、第一储能滤波单元、第二储能滤波单元、第三储能滤波单元、第四储能滤波单元；
14.所述模拟信号接口的第一端与所述模数转换芯片中的模拟信号同向输入端连接，第二端与所述模数转换芯片中的模拟信号反向输入端连接；
15.所述模数转换芯片中的时钟信号输入端与所述单片机接口的时钟信号端连接，数字信号输出端与所述单片机接口的数据信号端连接；
16.所述模数转换芯片中的所述模拟电源系统中的直流转换器的电压输出端和低压差线性稳压器的电压输入端共接于第一储能滤波单元的第一端，所述第一储能滤波单元的第二端与所述模拟电源系统的直流转换器的电源参考地端共接于地；所述模拟电源系统的低压差线性稳压器的电压输出端与第二储能滤波单元的第一端连接，所述第二储能滤波单
元的第二端接地；
17.数字电源系统的电源输入端通过第三储能滤波单元与所述电源输入接口的第一端连接，所述电源输入接口的第二端、所述第三储能滤波单元的另一端分别接地；数字电源系统的直流转换器的电压输入端和低压差线性稳压器的电压输出端共接于第四储能滤波单元的第一端，所述第四储能滤波单元的第二端与所述模拟电源系统中的直流转换器的电源参考地端共接于地；
18.所述第一储能滤波单元、第二储能滤波单元、第三储能滤波单元、第四储能滤波单元均用于滤除电路上的噪声和保持电压稳定；
19.所述模拟信号接口用于从滤波模块接收经滤波处理后的模拟信号，所述模数转换芯片用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述单片机接口用于与mcu控制器连接，将所述数字信号输出至mcu控制器；所述电源输入接口用于向所述隔离型模数转换模块提供电能。
20.可选地，所述模拟信号接口包括模拟信号插头、共模电感、第一电阻、第二电阻、第一滤波电容；
21.所述共模电感的两个同名端分别连接所述模拟信号插头的两个信号端；
22.所述共模电感的两个异名端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端；
23.所述第一电阻的第二端和所述第一滤波电容的第一端共接于所述模数转换芯片的模拟信号同向输入端；
24.所述第二电阻的第二端和所述第一滤波电容的第二端共接于所述模数转换芯片的模拟信号反向输入端。
25.可选地，所述单片机接口包括：第三电阻、第四电阻以及iic接口；
26.所述模数转换芯片的时钟信号输入端通过所述第三电阻与所述iic接口的时钟信号端连接；
27.所述模数转换芯片的数字信号输出端通过所述第四电阻与所述iic接口的数据信号端连接。
28.可选地，所述第一储能滤波单元包括并联的第一电容、第二电容、第三电容。
29.可选地，所述第二储能滤波单元包括并联的第四电容、第五电容。
30.可选地，所述第三储能滤波单元包括并联的第六电容、第七电容、第八电容。
31.可选地，所述第四储能滤波单元包括第九电容。
32.可选地，所述采样模块包括一采样电阻。
33.可选地，所述滤波模块包括第二滤波电容、第五电阻、第六电阻；
34.所述第二滤波电容的第一端和所述第五电阻的第一端共接于所述采样电阻的第一端；
35.所述第二滤波电容的第二端和所述第六电阻的第一端共接于所述采样电阻的第二端；
36.所述第五电阻的第二端与所述隔离型模数转换模块的模拟信号接口的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述隔离型模数转换模块的模拟信号接口的第二端连接。
37.本发明提供的模数转换电路由采样模块、滤波模块、隔离型模数转换模块、mcu控制器构成；其中，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电，从而防止了两个电源系统之间相互干扰，尤其是数字信号的高频方
波对模拟信号的干扰，有效地降低了数模转换电路的采集误差，且整个转换电路无需增加额外的隔离电源，降低了电路空间和设计要求，集成度更高，有效地兼顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1是本发明一实施例提供的模数转换电路的示意图；
40.图2是本发明一实施例提供的隔离型模数转换模块的示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
42.本发明提供的模数转换电路通过采用隔离型模数转换模块，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电，从而防止了两个电源系统之间相互干扰，尤其是数字信号的高频方波对模拟信号的干扰，有效地提高了抗干扰性，降低了数模转换电路的采集误差，且整个转换电路无需增加额外的隔离电源，降低了电路空间和设计要求，集成度更高，有效地兼顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度。
43.图1为本发明实施例提供的模数转换电路的示意图。如图1所示，所述模数转换电路包括：
44.采样模块10、滤波模块20、隔离型模数转换模块30、mcu控制器40；
45.所述采样模块10，用于串接在电源电压和负载之间，采集模拟信号，将所述模拟信号提供至所述滤波模块20；
46.所述滤波模块20，用于对所述模拟信号进行滤波处理；
47.所述隔离型模数转换模块30，用于将滤波处理后的模拟信号转换为数字信号，然后将所述数字信号提供至所述mcu控制器40；
48.其中，所述隔离型模数转换模块30内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电。
49.其中，所述电源电压用于给负载供电，所述负载包括但不限于可溶性负载、感性负载和阻性负载。所述采样模块10串接在电源电压和负载之间，采集得到模拟信号。所述滤波模块20对所述模拟信号进行滤波处理，以滤除信号中的噪声，然后将滤波处理后的模拟信号提供至所述隔离型模数转换模块30。所述隔离型模数转换模块30将所述模拟信号转换为数字信号，提供至所述mcu控制器40。所述mcu控制器40通过读取转换后的数字信号，即可获取负载的电流数据。
50.在本实施例中，所述隔离型模数转换模块30的内部集成了模数转换模块和电源隔离模块，因此本实施例无需再增加一路隔离电源，可在很大程度上降低电路的空间和设计
要求，集成度更高，设计更简单。
51.由于所述隔离型模数转换模块30内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电，两电源系统隔离可以防止两个电源系统之间相互干扰，特别是数字信号的高频方波对模拟信号的干扰，有效避免了数据采集出现问题。
52.可选地，所述采样模块10包括一采样电阻rc，通过其两端产生模拟差分信号压差。其中，所述模拟差分信号的压差范围为-250～250mv。
53.可选地，所述滤波模块20包括第二滤波电容c20、第五电阻r5、第六电阻r6；
54.所述第二滤波电容c20的第一端和所述第五电阻r5的第一端共接于所述采样电阻rc的第一端；
55.所述第二滤波电容c20的第二端和所述第六电阻r6的第一端共接于所述采样电阻rc的第二端；
56.所述第五电阻r5的第二端与所述隔离型模数转换模块30的模拟信号接口的第一端连接，所述第六电阻r6的第二端与所述隔离型模数转换模块的模拟信号接口的第二端连接。
57.上述第二滤波电容c2、第五电阻r5、第六电阻r6起滤波作用，滤除所述模拟差分信号的噪声。
58.作为本发明的一个优选示例，图2为本发明另一实施例提供的隔离型模数转换模块30的结构示意图。
59.如图2所示，所述隔离型模数转换模块30包括：
60.模拟信号接口31、模数转换芯片32、电源输入接口33、单片机接口34、第一储能滤波单元35、第二储能滤波单元36、第三储能滤波单元37、第四储能滤波单元38；
61.所述模拟信号接口31的第一端与所述模数转换芯片32中的模拟信号同向输入端ainp连接，第二端与所述模数转换芯片32中的模拟信号反向输入端ainn连接；
62.所述模数转换芯片32中的时钟信号输入端clkin与所述单片机接口34的时钟信号端sck连接，数字信号输出端dout与所述单片机接口34的数据信号端sda连接；
63.所述模数转换芯片32中的所述模拟电源系统中的直流转换器dcdc的电压输出端dcdcout和低压差线性稳压器lod的电压输入端hldoin共接于第一储能滤波单元35的第一端，所述第一储能滤波单元35的第二端与所述模拟电源系统的直流转换器dcdc的电源参考地端dcdchgnd共接于地；所述模拟电源系统的低压差线性稳压器lod的电压输出端hldoout与第二储能滤波单元36的第一端连接，所述第二储能滤波单元36的第二端接地；
64.数字电源系统的电源输入端vdd通过第三储能滤波单元37与所述电源输入接口33的第一端连接，所述电源输入接口33的第二端、所述第三储能滤波单元37的另一端分别接地；数字电源系统的直流转换器dcdc的电压输入端dcdcin和低压差线性稳压器lod的电压输出端ldoout共接于第四储能滤波单元38的第一端，所述第四储能滤波单元38的第二端与所述模拟电源系统中的直流转换器dcdc的电源参考地端dcdcgnd共接于地；
65.所述第一储能滤波单元35、第二储能滤波单元36、第三储能滤波单元37、第四储能滤波单元38均用于滤除电路上的噪声和保持电压稳定；
66.所述模拟信号接口31用于从滤波模块20接收经滤波处理后的模拟信号，所述模数转换芯片32用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述单片机接口34用于与mcu控制器40
连接，将所述数字信号输出至mcu控制器40；所述电源输入接口33用于向所述隔离型模数转换模块30提供电能。
67.在本实施例中，所述模数转换芯片32中的模拟电源系统和数字电源系统相互隔离。可选地，所述模数转换芯片32可以选用型号为amc3306m25芯片。
68.如图2所示，所述模数转换芯片32中的模拟电源系统内部集成一个直流转直流的变换电路，即直流转换器dcdc，以及集成一个低压差线性稳压器lod。在图2中，模数转换芯片32的引脚1为所述模拟电源系统中的直流转换器dcdc的电压输出端dcdcout，引脚3为低压差线性稳压器ldo的电压输入端hldoin端，引脚1与引脚3共接于第一储能滤波单元35的第一端。所述模数转换芯片32的引脚2为所述模拟电源系统的直流转换器dcdc的电源参考地dcdchgnd，所述第一储能滤波单元35的第二端与所述模拟电源系统的直流转换器dcdc的电源参考地dcdchgnd共接于地。所述模数转换芯片32的引脚5为低压差线性稳压器ldo的电压输出端hldoout，与第二储能滤波模块36连接；引脚6为模拟信号同向输入端ainp，引脚7为模拟信号反向输入端ainn，引脚8为模拟电源系统中的模拟信号地hgnd。
69.所述模数转换芯片32中的数字电源系统内部集成一个直流转直流的变换电路，即直流转换器dcdc，以及集成一个低压差线性稳压器ldo。在图2中，模数转换芯片32的引脚16为所述数字电源系统中的直流转换器dcdc的电压输入端dcdcin，引脚13为低压差线性稳压器ldo的电压输出端ldoout，引脚16与引脚13共接于第四储能滤波单元38的第一端。所述模数转换芯片32的引脚15为所述数字电源系统的直流转换器dcdc的电源参考地dcdcgnd，引脚9为数字电源系统的模拟信号地，引脚15和引脚9的gnd连接在一起。所述模数转换芯片32的引脚10为差分模拟信号经过隔离转换以及内部调节器后的数字信号输出端dout，引脚11为所述模数转换芯片32内部解调器的时钟信号输入端clkin，mcu控制器需要配合所述时钟信号才能读取到模数转换芯片32通过引脚10输出的数字信号。引脚12为数字电源系统的电源输入端vdd。引脚14为状态指示端diag，本实施例未使用该功能，可通过上拉电阻rs将引脚14上拉至电源电压。
70.在这里，所述隔离型模数转换模块30在所述电源输入接口33提供的电能下启动运行，通过所述模拟信号接口31从滤波模块20接收经滤波处理后的模拟信号，然后经过所述模数转换芯片32将所述模拟信号转换为数字信号，最后通过所述单片机接口34与mcu控制器40连接，将所述数字信号输出至mcu控制器40。
71.可选地，作为本发明的一个优选示例，所述模拟信号接口31包括模拟信号插头j1、共模电感l1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一滤波电容c10；
72.所述共模电感l1的两个同名端分别连接所述模拟信号插头j1的两个信号端；
73.所述共模电感l1的两个异名端分别连接第一电阻r1的第一端、第二电阻r2的第一端；
74.所述第一电阻r1的第二端和所述第一滤波电容c10的第一端共接于所述模数转换芯片32的模拟信号同向输入端ainp；
75.所述第二电阻r2的第二端和所述第一滤波电容c10的第二端共接于所述模数转换芯片32的模拟信号反向输入端ainn。
76.在所述模拟信号接口31中，经过滤波模块20的滤波处理后的模拟信号通过模拟信号插头j1接入，经过共模电感l1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一滤波电容c10的再次滤波处
理，传输至模数转换芯片32的模拟信号输入端，由所述模数转换芯片32将所述模拟信号转换为数字信号。
77.可选地，作为本发明的一个优选示例，所述单片机接口34包括：第三电阻r3、第四电阻r4以及iic接口j3；
78.所述模数转换芯片32的时钟信号输入端clkin通过所述第三电阻r3与所述iic接口j3的时钟信号端连接；
79.所述模数转换芯片32的数字信号输出端dout通过第四电阻r4与所述iic接口j3的数据信号端连接。
80.所述单片机接口34与mcu控制器40连接，其中iic接口j3为mcu控制器40的信号口，第三电阻r3和第四电阻r4的作用为抗干扰。所述模数转换芯片32经过转换得到数字信号后，通过数字信号输出端dout输出iic总线的数据信号sda至所述mcu控制器40，mcu控制器40接收到sda信号并与时钟信号sck匹配频率，获取模拟信号的大小。
81.可选地，作为本发明的一个优选示例，所述第一储能滤波单元35包括并联的第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3。所述第二储能滤波单元36包括并联的第四电容c4、第五电容c5。所述第三储能滤波单元37包括并联的第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8。所述第四储能滤波单元38包括第九电容c9。
82.在这里所述第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9均为储能滤波作用。示例性地，所述第一电容c1采用1uf电容、第二电容c2采用1nf电容、第三电容c3采用0.1uf电容、第四电容c4采用0.1uf电容、第五电容c5采用1nf电容、第六电容c6采用1nf电容、第七电容c7采用1uf电容、第八电容c8采用10uf电容、第九电容c9采用0.1uf电容。
83.本发明实施例提供的模数转换电路由采样模块、滤波模块、隔离型模数转换模块、mcu控制器构成；其中，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电，从而防止了两个电源系统之间相互干扰，尤其是数字信号的高频方波对模拟信号的干扰，有效地降低了数模转换电路的采集误差，且整个转换电路无需增加额外的隔离电源，降低了电路空间和设计要求，集成度更高，有效地兼顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度
84.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种模数转换电路，其特征在于，包括：采样模块、滤波模块、隔离型模数转换模块、mcu控制器；所述采样模块，用于串接在电源电压和负载之间，采集模拟信号，将所述模拟信号提供至所述滤波模块；所述滤波模块，用于对所述模拟信号进行滤波处理；所述隔离型模数转换模块，用于将滤波处理后的模拟信号转换为数字信号，然后将所述数字信号提供至所述mcu控制器；其中，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电。2.如权利要求1所述的模数转换电路，其特征在于，所述隔离型模数转换模块包括：模拟信号接口、模数转换芯片、电源输入接口、单片机接口、第一储能滤波单元、第二储能滤波单元、第三储能滤波单元、第四储能滤波单元；所述模拟信号接口的第一端与所述模数转换芯片中的模拟信号同向输入端连接，第二端与所述模数转换芯片中的模拟信号反向输入端连接；所述模数转换芯片中的时钟信号输入端与所述单片机接口的时钟信号端连接，数字信号输出端与所述单片机接口的数据信号端连接；所述模数转换芯片中的所述模拟电源系统中的直流转换器的电压输出端和低压差线性稳压器的电压输入端共接于第一储能滤波单元的第一端，所述第一储能滤波单元的第二端与所述模拟电源系统的直流转换器的电源参考地端共接于地；所述模拟电源系统的低压差线性稳压器的电压输出端与第二储能滤波单元的第一端连接，所述第二储能滤波单元的第二端接地；数字电源系统的电源输入端通过第三储能滤波单元与所述电源输入接口的第一端连接，所述电源输入接口的第二端、所述第三储能滤波单元的另一端分别接地；数字电源系统的直流转换器的电压输入端和低压差线性稳压器的电压输出端共接于第四储能滤波单元的第一端，所述第四储能滤波单元的第二端与所述模拟电源系统中的直流转换器的电源参考地端共接于地；所述第一储能滤波单元、第二储能滤波单元、第三储能滤波单元、第四储能滤波单元均用于滤除电路上的噪声和保持电压稳定；所述模拟信号接口用于从滤波模块接收经滤波处理后的模拟信号，所述模数转换芯片用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述单片机接口用于与mcu控制器连接，将所述数字信号输出至mcu控制器；所述电源输入接口用于向所述隔离型模数转换模块提供电能。3.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述模拟信号接口包括模拟信号插头、共模电感、第一电阻、第二电阻、第一滤波电容；所述共模电感的两个同名端分别连接所述模拟信号插头的两个信号端；所述共模电感的两个异名端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端；所述第一电阻的第二端和所述第一滤波电容的第一端共接于所述模数转换芯片的模拟信号同向输入端；所述第二电阻的第二端和所述第一滤波电容的第二端共接于所述模数转换芯片的模拟信号反向输入端。
4.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述单片机接口包括：第三电阻、第四电阻以及iic接口；所述模数转换芯片的时钟信号输入端通过所述第三电阻与所述iic接口的时钟信号端连接；所述模数转换芯片的数字信号输出端通过所述第四电阻与所述iic接口的数据信号端连接。5.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述第一储能滤波单元包括并联的第一电容、第二电容、第三电容。6.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述第二储能滤波单元包括并联的第四电容、第五电容。7.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述第三储能滤波单元包括并联的第六电容、第七电容、第八电容。8.如权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述所述第四储能滤波单元包括第九电容。9.如权利要求1至8任一项所述的模数转换电路，其特征在于，所述采样模块包括一采样电阻。10.如权利要求9所述的模数转换电路，其特征在于，所述滤波模块包括第二滤波电容、第五电阻、第六电阻；所述第二滤波电容的第一端和所述第五电阻的第一端共接于所述采样电阻的第一端；所述第二滤波电容的第二端和所述第六电阻的第一端共接于所述采样电阻的第二端；所述第五电阻的第二端与所述隔离型模数转换模块的模拟信号接口的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述隔离型模数转换模块的模拟信号接口的第二端连接。
技术总结
本发明提供了一种模数转换电路，由采样模块、滤波模块、隔离型模数转换模块、MCU控制器构成；其中，所述隔离型模数转换模块内部的模拟电源系统和数字电源系统之间采用隔离电源的方式供电，从而防止了两个电源系统之间相互干扰，尤其是数字信号的高频方波对模拟信号的干扰，有效地降低了数模转换电路的采集误差，且整个转换电路无需增加额外的隔离电源，降低了电路空间和设计要求，集成度更高，有效地兼顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度。顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度。顾了模数转换电路的抗干扰性和集成度。
