一種具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路的制作方法
【專利摘要】本發明屬于信號處理電路領域，特別是涉及到一種能夠對模擬信號進行濾波和模擬/數字轉換處理的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路。本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路具體包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數字轉換電路和時鐘電路構成，具體連接方式為：模擬電壓信號接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負輸入端；濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起。本發明可以有效地從輸入信號中突出干擾信號的影響，進而利用濾波電路將其濾除，具有優異的濾波效果。
【專利說明】
一種具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路
技術領域
[0001]本發明屬于信號處理電路領域，特別是涉及到一種能夠對模擬信號進行濾波和模擬/數字轉換處理的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路。
【背景技術】
[0002]在自動化設備的工作過程中，需要利用傳感器將外界的物理量轉換為電氣的模擬信號，由于模擬信號中必不可免的包含有大量的干擾，因此必須要先對其進行濾波處理，然后才能進行信號轉換等其他操作或分析。現有的硬件濾波電路主要有慣性濾波器、一階低通或者二階低通有源濾波器等幾種，這些濾波器雖然可以有效消除干擾信號，使模擬信號的波形更加平滑，但是這也導致了濾波后的電壓波形存在波形畸變、交流信號相位滯后等問題，這些缺陷限制了硬件濾波電路在實際中的應用范圍。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提出一種可以在有效解決模擬電壓信號濾波前后波形畸變、相位滯后等問題的前提下，對其進行快速、高效的濾波處理，并最終實現模擬/數字轉換的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路
[0004]本發明的目的是這樣實現的
[0005]本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路具體包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數字轉換電路和時鐘電路構成，具體連接方式為:模擬電壓信號接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負輸入端;濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起;加法電路的一個輸入端與濾波電路的輸出端連接在一起，另一個輸入端與采樣保持電路的輸出端連接在一起;模擬/數字轉換電路的模擬信號輸入端與加法電路的輸出端連接在一起，模擬/數字轉換電路的輸出端為外界其他電路提供轉換后的數字信號;采樣保持電路的信號輸入端與加法電路的輸出端連接在一起;時鐘電路為采樣保持電路和模擬/數字轉換電路提供其工作所必須的時鐘信號。
[0006]本發明的有益效果在于:
[0007](I)本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路，將當前由外界電路提供的模擬電壓信號與上一個時鐘周期濾波后的模擬電壓信號作比較，通過減法電路減去相同的部分，得到電壓的變化量，即電壓增量，采用這種處理方法，可以有效地從輸入信號中突出干擾信號的影響，進而利用濾波電路將其濾除，因此本發明提出的這種電路具有優異的濾波效果。
[0008](2)在本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路中，雖然濾波電路也存在時滯問題，但是該時滯只是對電壓增量信號有一定的影響，經過濾波后的電壓增量信號還要與上一個時鐘周期濾波后的模擬電壓信號相加，才能得到被濾波后的當前的模擬電壓信號，由于電壓增量信號的幅值相對較小，所以加法電路輸出的濾波后的模擬電壓信號不會存在有明顯的時滯現象。時鐘電路輸出的時鐘信號頻率越高，電壓增量信號的幅值就會越小，對時滯現象的抑制就會越好。
[0009](3)在本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路中，時鐘電路同時為模擬/數字轉換電路和采樣保持電路提供時鐘信號，可以確保被模擬/數字轉換電路轉換的濾波后的電壓信號同時被采樣保持電路采樣、保持，進而在下一個時鐘周期內，減法電路和加法電路都以該電壓信號為基準，產生電壓增量信號和濾波后的電壓信號，實現了濾波和模擬/數字轉換所采用的信號的連續性。
【附圖說明】
[0010]圖1具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路的結構框圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明做進一步描述。
[0012]本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路在工作過程中的運行原理如下所述:
[0013](I)在某一個時鐘周期(時鐘周期由時鐘電路的輸出時鐘信號決定)內，減法電路將當前由外界電路提供的模擬電壓信號減去上一個時鐘周期濾波后的模擬電壓信號(即采樣保持電路的輸出信號，也可以理解為前一次進行了模擬/數字的模擬電壓信號)，其差值(即減法電路的輸出信號)為當前輸入的模擬電壓信號與上一次濾波后的模擬電壓信號之間的電壓增量，如果外界電路提供的模擬電壓信號中存在干擾信號，則該干擾信號必然存在于減法電路輸出的電壓增量信號中；
[0014](2)利用濾波電路對減法電路輸出的電壓增量信號進行濾波，由于干擾信號的變化幅度遠大于沒有干擾的電壓增量信號的變化(對于沒有干擾的連續變化的模擬電壓信號來說，其電壓增量的變化必然是小幅度且連續的)，因此設計合理的濾波電路必然會有效地濾除干擾信號；
[0015](3)濾波后的電壓增量經過加法電路再與上一個時鐘周期濾波后的模擬電壓信號相加，就得到了被濾波后的當前的模擬電壓信號；
[0016](4)當由時鐘電路產生的下一個時鐘信號到來時，模擬/數字轉換電路和采樣保持電路被同時被觸發，模擬/數字轉換電路對被濾波后的當前的模擬電壓信號進行轉換，采樣保持電路對被濾波后的當前的模擬電壓信號進行采樣保持；
[0017](5)隨著時間推移，時鐘電路產生連續的時鐘信號，以上過程不斷重復進行，進而實現了對模擬電壓信號的濾波和模擬/數字轉換處理。
[0018]本發明提出的具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路在上電工作的第一個時鐘周期內，由于采樣保持電路的輸出存在不確定性，會導致濾波效果有較大的誤差，但是經過幾個時鐘周期后，該誤差就會被有效消除。因此當外界電路使用本發明的電路提供的數字信號時，可以通過軟件編程等方法，舍去最初幾個數據，進而避免上電初始時刻的誤差影響。
[0019]實施方式一
[0020]減法電路的可采用以集成運算放大器為核心的減法運算電路來實現，其中的運算放大器可選用0P07等芯片；
[0021]加法電路的可采用以集成運算放大器為核心的減法運算電路來實現，其中的運算放大器可選用0P07等芯片；
[0022]濾波電路可根據實際需求選用現有的各種濾波電路，例如由電阻和電容構成的阻容濾波電路等；
[0023]采樣保持電路可以采用現有的各種具有采樣、保持功能的芯片輔以外圍電路來實現，例如AD582芯片、LF198芯片等；
[0024]模擬/數字轉換電路可以采用現有的各種模擬/數字轉換芯片輔以外圍電路來實現，例如ADC0809、AD7810等，要保證模擬/數字轉換電路的工作頻率與采樣保持電路的工作頻率相一致；
[0025]時鐘電路可采用現有的各種能夠產生穩定時鐘信號的電路或器件來實現，例如臥式晶振等，時鐘信號的頻率必須能夠滿足采樣保持電路和模擬/數字轉換電路的需求。
【主權項】
1.一種具有濾波和模擬/數字轉換功能的電路，包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數字轉換電路和時鐘電路構成，其特征在于:模擬電壓信號接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負輸入端;濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起;加法電路的一個輸入端與濾波電路的輸出端連接在一起，另一個輸入端與采樣保持電路的輸出端連接在一起;模擬/數字轉換電路的模擬信號輸入端與加法電路的輸出端連接在一起，模擬/數字轉換電路的輸出端為外界其他電路提供轉換后的數字信號;采樣保持電路的信號輸入端與加法電路的輸出端連接在一起;時鐘電路為采樣保持電路和模擬/數字轉換電路提供其工作所必須的時鐘信號。
【文檔編號】H03M1/12GK105978567SQ201610289437
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】張強, 姚任暢零, 張茜, 王珅, 付興利, 張煒, 白峻汀, 王云鵬, 宿小明, 王言暢
【申請人】哈爾濱工程大學