全文摘要
本实用新型公开了一种抗干扰的多路ADC采集转换电路，包括若干路消除干扰电路、采集转换电路和控制电路；每一消除干扰电路的一端均接入一个元器件的模拟信号，另一端连接采集转换电路；每一消除干扰电路用于消除模拟信号的静电和限定模拟信号的电压范围；所述采集转换电路用于对若干组模拟信号进行数字化处理，来生成数字信号组；所述控制电路连接采集转换电路，用于分离数字信号组并选择元器件对应的数字信号进行输出。本实用新型设有消除干扰电路，可滤除模拟信号中的静电并防止各元器件相互干扰，确保ADC采集转换电路中各输入端的模拟信号准确无误，从而提高转换出数字信号的精度。
主设计要求
1.一种抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于，包括若干路消除干扰电路、采集转换电路和控制电路；每一消除干扰电路的一端均接入一个元器件的模拟信号，另一端连接采集转换电路；每一消除干扰电路用于消除模拟信号的静电和限定模拟信号的电压范围；所述采集转换电路用于对若干组模拟信号进行数字化处理，来生成数字信号组；所述控制电路连接采集转换电路，用于分离数字信号组并选择元器件对应的数字信号进行输出。
设计方案
1.一种抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于，包括若干路消除干扰电路、采集转换电路和控制电路；
每一消除干扰电路的一端均接入一个元器件的模拟信号，另一端连接采集转换电路；
每一消除干扰电路用于消除模拟信号的静电和限定模拟信号的电压范围；
所述采集转换电路用于对若干组模拟信号进行数字化处理，来生成数字信号组；
所述控制电路连接采集转换电路，用于分离数字信号组并选择元器件对应的数字信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
每一消除干扰电路包括相互并联的下拉电阻R1、ESD保护二极管D1和两组双二极管钳位电路；
所述下拉电阻R1和ESD保护二极管D1的一端均接入元器件的模拟信号，另一端均接保护地，所述下拉电阻R1用于无模拟信号输入时将模拟信号设定为0，所述ESD保护二极管D1用于释放静电；
所述两组双二极管钳位电路相互并联组成电压钳位电路，用于限定模拟信号的电压范围。
3.根据权利要求2所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
各组双二极管钳位电路的二极管的阴极接入电源端VDD，阳极接保护地；
其中一组二极管钳位电路接入元器件的模拟信号，另一组二极管钳位电路连接采集转换电路。
4.根据权利要求2所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述采集转换电路包括模数转换芯片U1、去耦电容C1、去耦电容C2、去耦电容C3和去耦电容C4；
所述去耦电容C1和去耦电容C2并联后一端连接模数转换芯片U1的电源引脚，另一端接保护地，用于稳定模数转换芯片U1的供电电压；
所述去耦电容C3和去耦电容C4的一端均接入模数转换芯片U1，另一端接保护地，用于稳定模数转换芯片U1内部参考的正负电压。
5.根据权利要求4所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述控制电路包括微处理器芯片U2、旁路电容C5、旁路电容C6、电容C7和上拉电阻R11；
所述旁路电容C5一端连接微处理器芯片U2的电源引脚，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2的高频噪声；
所述旁路电容C6一端接入微处理器芯片U2，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2内部的高频信号；
所述电容C7与上拉电阻R11串联组成RC复位电路，其一端接入电源端VDD，另一端连接微处理器芯片U2的接地引脚，用于RC充电后启动微处理器芯片U2并维持工作。
6.根据权利要求5所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述模数转换芯片U1与微处理器芯片U2通过SPI总线通信连接，在所述SPI总线中设有串联电阻，用于防止信号反向干扰和避免振荡。
7.根据权利要求5或6任一项所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述模数转换芯片U1的型号为MAX1228BEEP，所述微处理器芯片U2的型号为STM8S003F3P6。
8.根据权利要求5所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
还包括电源转换电路，该电源转换电路用于对模数转换芯片U1、微处理器芯片U2和电压钳位电路提供稳定的工作电流。
9.根据权利要求8所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述电源转换电路包括电源芯片U18、电解电容CP1、电解电容CP2、去耦电容C8、去耦电容C9、去耦电容C10、二极管D16和电感L12；
所述电源芯片U18的电源输入引脚接入直流电；
所述电解电容CP2和去耦电容C10并联后一端接入电源芯片U18的电源引脚，另一端接保护地，用于储能和滤除直流电中的高频信号；
所述二极管D16的阴极接入电源芯片U18的电源输出引脚OUT，阳极接保护地，用于将电源芯片U18输出的反向电压纹波或噪声导通到保护地，减少干扰；
所述电感L12的一端连接二极管D16的阴极，另一端连接电源端VDD,用于滤除电源端VDD输出电流中的交流干扰信号；
所述电解电容CP1、去耦电容C8和去耦电容C9相互并联后一端连接电源端VDD，另一端接保护地，用于储能和滤除输出至电源端VDD的电流中的高频信号。
10.根据权利要求8或9任一项所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于：
所述电源芯片U18的型号为LM2596-5.0。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及为一种抗干扰的多路ADC采集转换电路。
背景技术
随着现代科技的快速发展，各领域中模数采集与转换功能已成为最基本的电子电路处理手段。但现有的模数采集转换电路，其结构复杂且稳定性较差，在使用过程中带来了诸多不便。
公告号为CN208158565U的中国实用新型专利《ADC采集转换电路》，包括电源转换电路、采集电路、AD转换模块和控制器，所述电源转换电路分别为所述采集电路、AD转换模块和所述控制器提供电源，所述AD转换模块将所述采集电路采集的模拟信号转换为数字信号后发送至所述控制器。该实用新型通过差分放大的方式进行模数采集，充分提高了采集信号的稳定性，并简化了结构，其具有设计科学、实用性强、结构简单、稳定可靠的优点。
上述ADC采集转换电路仅采用差分放大电路来优化传统ADC采集设备的稳定性，但现有ADC采集设备使用中有同时对多组电子元器件的模数采集与转换，其过程中各元器件的模拟信号会存在相互干扰，且元器件极易受外界静电干扰或发生故障，使得传输至ADC采集转换电路的模拟信号失真，直接影响数字信号的精度。
实用新型内容
为了克服上述目前用于多组元器件的模数采集转换电路存在相互干扰或外界静电干扰的技术缺陷，本实用新型提供一种抗干扰的多路ADC采集转换电路，其对模拟信号的采集中设有消除干扰电路，可滤除模拟信号中的静电并防止各元器件相互干扰，确保ADC采集转换电路中各输入端的模拟信号准确无误，从而提高转换出数字信号的精度。
为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现的：
本实用新型所述一种抗干扰的多路ADC采集转换电路，其特征在于，包括若干路消除干扰电路、采集转换电路和控制电路；
每一消除干扰电路的一端均接入一个元器件的模拟信号，另一端连接采集转换电路；
每一消除干扰电路用于消除模拟信号的静电和限定模拟信号的电压范围；
所述采集转换电路用于对若干组模拟信号进行数字化处理，来生成数字信号组；
所述控制电路连接采集转换电路，用于分离数字信号组并选择元器件对应的数字信号进行输出。
进一步地，每一消除干扰电路包括相互并联的下拉电阻R1、ESD保护二极管D1和两组双二极管钳位电路；
所述下拉电阻R1和ESD保护二极管D1的一端均接入元器件的模拟信号，另一端均接保护地，所述下拉电阻R1用于无模拟信号输入时将模拟信号设定为0，所述ESD保护二极管D1用于释放静电；
所述两组双二极管钳位电路相互并联组成电压钳位电路，用于限定模拟信号的电压范围。
进一步地，各组双二极管钳位电路的二极管的阴极接入电源端VDD，阳极接保护地；
其中一组二极管钳位电路接入元器件的模拟信号，另一组二极管钳位电路连接采集转换电路。
进一步地，所述采集转换电路包括模数转换芯片U1、去耦电容C1、去耦电容C2、去耦电容C3和去耦电容C4；
所述去耦电容C1和去耦电容C2并联后一端连接模数转换芯片U1的电源引脚，另一端接保护地，用于稳定模数转换芯片U1的供电电压；
所述去耦电容C3和去耦电容C4的一端均接入模数转换芯片U1，另一端接保护地，用于稳定模数转换芯片U1内部参考的正负电压。
进一步地，所述控制电路包括微处理器芯片U2、旁路电容C5、旁路电容C6、电容C7和上拉电阻R11；
所述旁路电容C5一端连接微处理器芯片U2的电源引脚，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2的高频噪声；
所述旁路电容C6一端接入微处理器芯片U2，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2内部的高频信号；
所述电容C7与上拉电阻R11串联组成RC复位电路，其一端接入电源端VDD，另一端连接微处理器芯片U2的接地引脚，用于RC充电后启动微处理器芯片U2并维持工作。
进一步地，所述模数转换芯片U1与微处理器芯片U2通过SPI总线通信连接，在所述SPI总线中设有串联电阻，用于防止信号反向干扰和避免振荡。
进一步地，所述模数转换芯片U1的型号为MAX1228BEEP，所述微处理器芯片U2的型号为STM8S003F3P6。
进一步地，还包括电源转换电路，该电源转换电路用于对模数转换芯片U1、微处理器芯片U2和电压钳位电路提供稳定的工作电流。
进一步地，所述电源转换电路包括电源芯片U18、电解电容CP1、电解电容CP2、去耦电容C8、去耦电容C9、去耦电容C10、二极管D16和电感L12；
所述电源芯片U18的电源输入引脚接入直流电；
所述电解电容CP2和去耦电容C10并联后一端接入电源芯片U18的电源引脚，另一端接保护地，用于储能和滤除直流电中的高频信号；
所述二极管D16的阴极接入电源芯片U18的电源输出引脚OUT，阳极接保护地，用于将电源芯片U18输出的反向电压纹波或噪声导通到保护地，减少干扰；
所述电感L12的一端连接二极管D16的阴极，另一端连接电源端VDD,用于滤除电源端VDD输出电流中的交流干扰信号；
所述电解电容CP1、去耦电容C8和去耦电容C9相互并联后一端连接电源端VDD，另一端接保护地，用于储能和滤除输出至电源端VDD的电流中的高频信号。
进一步地，所述电源芯片U18的型号为LM2596-5.0。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.采用消除干扰电路去除各模拟信号附带的静电并限定模拟信号通过的电压范围，使输入的模拟信号为元器件正常工作下的模拟信号，滤除元器件因故障而产生的瞬间高压，进而确保无静电干扰的模拟信号为元器件正常工作下的模拟信号。
2.该多路ADC采集转换电路先将采集的若干组模拟信号转化成一组数字信号组，然后控制电路对数字信号组进行识别分离，工作人员可自由选择哪一元器件的数字信号进行输出，完成多组元器件的数模转换功能。将多组模拟信号变成数字信号组后逐一选择输出，减少数字信号输出引脚的数量，使整个ADC采集转换电路简洁和功能集中，便于工作人员对多路ADC采集转换电路的控制输出。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本实用新型的若干路消除干扰电路、采集转换电路和控制电路连接示意图；
图2是本实用新型的电源转换电路的电路图；
图中：
1-消除干扰电路；11-电压钳位电路；
2-采集转换电路；3-控制电路；4-电源转换电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1～图2所示，其为本实用新型所述的一种抗干扰的多路ADC采集转换电路的优选结构。
所述抗干扰的多路ADC采集转换电路2包括若干路消除干扰电路1、采集转换电路2、控制电路3和电源转换电路4，每一消除干扰电路1用于接入一个元器件的模拟信号并消除模拟信号的静电和限定模拟信号（本实施中的模拟信号均为电压信号）的电压范围；采集转换电路2用于对若干组模拟信号进行数字化处理，来生成数字信号组；控制电路3用于分离数字信号组并选择元器件对应的数字信号进行输出；电源转换电路4用于对每一消除干扰电路1、采集转换电路2和控制电路3提供稳定的工作电流。
具体地，每一消除干扰电路1包括相互并联的下拉电阻R1、ESD保护二极管D1和两组双二极管钳位电路；所述采集转换电路2包括模数转换芯片U1、去耦电容C1、去耦电容C2、去耦电容C3和去耦电容C4；所述控制电路3包括微处理器芯片U2、旁路电容C5、旁路电容C6、电容C7和上拉电阻R11；所述电源转换电路4包括电源芯片U18、电解电容CP1、电解电容CP2、去耦电容C8、去耦电容C9、去耦电容C10、二极管D16和电感L12。
需要说明的是，所述模数转换芯片U1、微处理器芯片U2和电源芯片U18均为本领域中常用的芯片，其中，所述模数转换芯片U1的作用是将模拟信号转换成数字信号，优选为MAX1228BEEP芯片；所述微处理器芯片U2的作用是控制数字信号的输出动作，优选为STM8S003F3P6芯片；所述电源芯片U18的作用是提供稳定的工作电流，优选为LM2596-5.0芯片。
进一步的，每一消除干扰电路1的一端均接入一个元器件的模拟信号，另一端输入模数转换芯片U1的AIN引脚，本实施例的模数转换芯片U1的AIN引脚数量为10个(图1的AIN0至AIN9)，因此消除干扰电路1的数量也为10条。
具体地，每一消除干扰电路1中的下拉电阻R1和ESD保护二极管D1的一端均与元器件的模拟信号输出端连接，用于将元器件的模拟信号输入至整个ADC采集转换电路2；另一端均接保护地。当有一条消除干扰电路1无模拟信号输入时，该消除干扰电路1的下拉电阻R1与保护地连通，其模拟信号（电压信号）视为0V，以免影响整个ADC采集转换电路2的稳定性和抗干扰性。当元器件被意外引入静电时，该静电电压超过ESD保护二极管D1的导通电压后，将该静电引至大地进行释放，防止静电干扰元器件真正的模拟信号，并保护模数转换芯片U1不被静电击穿。
需要说明的是，ESD保护二极管D1仅本实施例释放静电的一种常规手段，其它能将静电引至大地的元器件（如TVS管）等均在本方案的保护范围之内。
所述两组双二极管钳位电路相互并联组成电压钳位电路11，各组双二极管钳位电路由两个二极管反向并联组成，且二极管的阴极接入电源端VDD，阳极接保护地。其中一组双二极管钳位电路与元器件并联，将元器件的模拟信号输入，另一组双二极管钳位电路并联接入模数转换芯片U1的AIN引脚。由于双二极管钳位电路的电压钳位工作原理为本领域所知晓，为此省略说明。该电压钳位电路11限定模拟信号的电压范围为电源端VDD的电压到保护地的带电压（一般保护地的电压视为0V），防止超过电源端VDD的电压的模拟信号（一般极限值为VDD±20%）击穿烧毁模数转换芯片U1，起到对模拟信号的电压钳位作用。
进一步的，本实施的模数转换芯片U1还设有电源引脚VDD、接地引脚GND、参考正电压引脚REF+和参考负电压引脚REF-。根据本领域技术可知，电源引脚VDD接电源端VDD，接地引脚GND接保护地。去耦电容C1和去耦电容C2并联后一端连接模数转换芯片U1的电源引脚VDD，另一端接保护地，用于稳定电源端VDD传输至电源引脚VDD的电压，避免电源端VDD的电压发生瞬间波动而影响模数转换芯片U1的正常工作。去耦电容C3的一端连接参考正电压引脚REF+，另一端接保护地，用于对模数转换芯片U1的参考正电压去耦稳压作用。去耦电容C4的一端连接参考负电压引脚REF-，另一端接保护地，用于对模数转换芯片U1的参考负电压去耦稳压作用。
进一步的，本实施例的微处理器芯片U2设有电源引脚VDD、接地引脚VSS、复位引脚NRST和芯片内部电压引脚VCAP。根据本领域技术可知，电源引脚VDD接电源端VDD，接地引脚VSS接保护地。旁路电容C5一端连接电源引脚VDD，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2的高频噪声（10J-100K频率的噪音）。旁路电容C6一端连接芯片内部电压引脚VCAP，另一端接保护地，用于滤除微处理器芯片U2内部的高频信号（1K-10K频率的信号）。电容C7与上拉电阻R11串联组成RC复位电路，其一端接入电源端VDD，另一端连接接地引脚VSS，且RC复位电路并联接入复位引脚NRST，电源端VDD对RC充电后启动微处理器芯片U2并维持工作。
进一步的，所述模数转换芯片U1与微处理器芯片U2通过SPI总线通信连接，且在所述SPI总线中设有串联电阻（R5\/R6\/R7\/R8\/R9\/R10），用于防止信号反向干扰和避免振荡。具体地，模数转换芯片U1设有引脚CNVST\/AIN11、引脚CS、引脚SCLK、引脚DOUT、引脚DIN和引脚EOC，所述微处理器芯片U2设有引脚PD1(SWIM)、引脚PC7、引脚PC6、引脚PC5、引脚PC3和引脚PB5。引脚CNVST\/AIN11连接引脚PD1(SWIM)，用于获取数模转换芯片U1的工作状态，判断芯片U1是处于空闲状态还是忙碌状态；引脚CS连接引脚PC7，用于选中该模数转换芯片U1后接收通过SPI协议传输的数字信号；引脚EOC连接引脚PB5，用于接收采集是否完成的反馈信号；引脚SCLK连接引脚PC6，其为SPI通信协议的时钟线；引脚DOUT连接引脚PC5，其为SPI通信协议的数据发送线；引脚DIN连接引脚PC3，其为SPI通信协议的数据接收线。
进一步的，本实施例的电源芯片U18设有电源输入引脚VIN、接地引脚GND和电源输出引脚OUT。电源输入引脚VIN接入直流电，接地引脚GND接保护地。电解电容CP2和去耦电容C10并联后一端连接电源输入引脚VIN，另一端接保护地，用于储能和滤除直流电中的高频信号。所述二极管D16的阴极接入电源芯片U18的电源输出引脚OUT，阳极接保护地，用于将电源芯片U18输出的反向电压纹波或噪声导通到保护地，减少干扰。所述电感L12的一端连接二极管D16的阴极，另一端连接电源端VDD,用于滤除传输至电源端VDD的电流中的交流干扰信号；所述电解电容CP1、去耦电容C8和去耦电容C9相互并联后一端连接电源端VDD，另一端接保护地，用于储能和滤除输出至电源端VDD的电流中的高频信号。
本实施例的微处理器芯片U2和电源芯片U18的其他引脚连接为本领域所知晓，为此省略说明。
与传统的ADC采集转换电路相比，本方案所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路具有以下的优点：
1.传统的ADC采集转换电路直接将模拟信号输入至A\/D转换模块中进行数字化处理，模拟信号中易受外界静电干扰或元器件故障难以确保信号的准确性。本方案先采用消除干扰电路去除各模拟信号附带的静电并限定模拟信号通过的电压范围，使输入的模拟信号为元器件正常工作下的模拟信号，滤除元器件因故障而产生的瞬间高压，进而确保无静电干扰的模拟信号为元器件正常工作下的模拟信号。
2. 本方案所述的抗干扰的多路ADC采集转换电路先将采集的若干组模拟信号转化成一组数字信号组，然后控制电路对数字信号组进行识别分离，工作人员可自由选择哪一元器件的数字信号进行输出，完成多组元器件的数模转换功能。将多组模拟信号变成数字信号组后逐一选择输出，减少数字信号输出引脚的数量，使整个ADC采集转换电路简洁和功能集中，便于工作人员对多路ADC采集转换电路的控制输出。
3.传统的ADC采集转换电路直接采用直流电驱动，该直流电也受外界信号干扰而波动，极易对其它芯片造成破坏。本方案采用电源转换电路对直流电滤除交流干扰信号和直流电中的高频信号，将不稳定的直流电去耦稳压后形成电源端VDD，对其它芯片提供稳定的工作电流。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921670156.5
申请日:2019-10-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209676213U
授权时间:20191122
主分类号:H03M 1/12
专利分类号:H03M1/12
范畴分类:40C;
申请人:广州天嵌计算机科技有限公司
第一申请人:广州天嵌计算机科技有限公司
申请人地址:510000 广东省广州市番禺区大石街南大公路鸿图工业园厂房A1402
发明人:黄健;戴俊秀;王锐彬
第一发明人:黄健
当前权利人:广州天嵌计算机科技有限公司
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代理机构编号:广州云领专利代理事务所(普通合伙) 44441
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