[發明專利]一種采集雙向電壓信號的測量電路

在審

• 申請號: 201711253657.9
• 申請日: 2017-12-02
• 公開（公告）號: CN107966608A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 陳靈聰;宋翔鷹
• 申請（專利權）人: 上海儀電科學儀器股份有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙)31298
• 代理人: 韓國輝

技術領域

本發明涉及雙向電壓信號的檢測技術領域，具體指一種電化學儀器等需要采集雙向電壓信號的測量電路。

背景技術

目前，大部分ADC芯片都是采用Σ△技術，只能采集正向電壓，然而傳感器給出的信號為正負電壓信號，這就需要對電路做進一步的信號處理成ADC芯片可以直接讀取的電壓信號。目前常用的技術手段是把電壓抬升以抵消負電壓部分(如某儀電科學儀器股份有限公司的產品PHG-21D，自2005年以來一以貫之)。但這樣如果幅度太大會超出ADC芯片的測量范圍，只有把電壓信號再進行比例縮小，才能達到ADC芯片的直接讀取信號。這就有存在一個缺陷是信號的減小會損失信號的精度，不能達到高精度信號的測量問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺失和不足，提出一種不降低信號精度的情況下，采用單向電源ADC芯片直接采集雙向電壓信號的新型測量電路。

本發明基于傳統的整流電路的基礎上，通過限幅，采用電子切換開關進行方向的切換達到測量雙向電壓信號的目的。

本發明一種采集雙向電壓信號的測量電路的工作原理(如附圖1所示)簡述如下：

一種采集雙向電壓信號的測量電路，包括電阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，電容器C1、C2，二極管D1、D2，第一運算放大器U1，其中U1分為兩路運放U1A和U1B，第二運算放大器U2，其中U2分為兩路運放U2A和U2B，和電子切換開關及電源作電路連接。

其中，第一運算放大器U1A為第一跟隨器，由電阻器R1、電容器C1和第一運算放大器U1A構成。

所述電阻器R1、電容器C1對于輸入級Ui起到濾波緩沖作用，第一運算放大器U1A為第一跟隨器，Ui為第一跟隨器的輸入，Ua為第一跟隨器的輸出，則Ua＝Ui。

第一運算放大器U1B為反向器，由電阻器R2、R3、R4和第一運算放大器U1B構成。

所述電阻器R2、R3，根據電流電勢的流向原理，電流從Ua經過R2，R3到Ub。根據運算放大器的虛地的概念，得知Ub＝-Ua.

根據測量電子切換開關的1端與Ub端連接，2端與Uc端連接，3端與Ua端連接。

當電子切換開關的2端與3端接時，Uc＝Ua；

當電子切換開關的2端與1端接時，Uc＝Ub＝-Ua。

第二運算放大器U2A為限幅電路，由電阻器R5、R6，二極管D1，D2和第二運算放大器U2A構成限幅電路。

當Uc>25mV時，第二運算放大器輸出Ue<25mV，二極管D2截止，D1導通，由于存在虛地，Ud＝25mV；當Uc<25mV時，第二運算放大器輸出Ue>25mV，二極管D2導通，D1截止，電路呈反相運算狀態，Ud＝50-(R6/R5)*Uc。

當電子切換開關的2端與3端連接時，Uc＝Ua＝Ui，R5＝R6，Uc<25mV時，Ui<25mV，Ud＝50-(R6/R5)*Uc>25mV。

電路后續的ADC芯片可以直接讀取到Ui的值。

當電子切換開關的2端與1端連接時，由R2＝R3，得到Uc＝Ub＝-Ua＝-Ui；由R5＝R6，Uc>25mV時，Ui<-25mV,Ud＝25mV。當電路后續的ADC讀取到25mV時，把電子切換開關切換到2端與3端連接，電路后續的ADC芯片就可以直接讀取到Ui的值。

第二運算放大器U2B為第二跟隨器，由電阻器R7、電容器C2和第二運算放大器U2B構成第二跟隨器。

所述電阻器R7、電容器C2起到濾波緩沖作用，第二運算放大器U2B為第二跟隨器，Ud為第二跟隨器的輸入，Uo為第二跟隨器的輸出，則Uo＝Ud。

綜上所述，本發明一種采集雙向電壓信號的測量電路，采用限幅電路結合反相器，將正負雙向電壓信號，在無衰減的情況下直接轉換成正電壓信號，便于單向輸入ADC芯片的直接采集。

附圖說明

圖1為本發明一種采集雙向電壓信號的測量電路框圖；

圖2為本發明實施例測量電路圖；

圖3為本發明實施例輸入±1V測試的效果圖；

圖4為本發明實施例輸出測試的效果圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述

在pH計的應用測量電路(如附圖1所示)，包括由第一跟隨器1，第二跟隨器2，反向器3，限幅電路4，電子切換開關5及電源作電路連接。

其中，