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一種多通道微弱信號采集電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多通道微弱信號采集電路，用于采集多個傳輸通道輸出的電流信號，包括：用于分別將所述相應(yīng)的傳輸通道傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號的多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路、用于將多個所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號按時序逐一輸出的時分復(fù)用電路、用于對所述時分復(fù)用電路逐一輸出的電壓信號進(jìn)行放大處理的放大電路、用于對經(jīng)所述放大電路放大后的電壓信號進(jìn)行濾波處理的濾波電路、用于對經(jīng)所述濾波電路濾波后的電壓信號進(jìn)行采集的采集電路。該多通道微弱信號采集電路中采用時分復(fù)用電路將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號輸出至放大電路，可有效降低多通道微弱信號采集的成本，簡化布線難度、提高布線效率。
【專利說明】—種多通道微弱信號采集電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號采集電路領(lǐng)域，具體涉及一種多通道微弱信號采集電路。
【背景技術(shù)】
[0002]微弱信號是指深埋在背景噪聲中的極其微弱的有用信號，主要指聲信號、光信號或電信號等消息強(qiáng)度低，既小又弱，不易被設(shè)備感覺、接收的信號。在微弱信號的采集過程中需要對微弱信號進(jìn)行放大，在微弱信號的采集過程要求放大具有較低的偏移電壓、較低的輸入開啟電流和放大噪聲，這些指標(biāo)決定的微弱信號采集的信噪比和分辨能力，同時也決定其成本。
[0003]當(dāng)前微弱信號采集電路大都采取以下形式采取:如圖1所示，每一微弱信號的采集均經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過放大電路、濾波電路、采集電路進(jìn)行采集?，F(xiàn)有微弱信號的采集均采用多通道采集，將多個通道的采集電路采集到的電信號匯聚在一起(如圖2所示)，采取的方法是將多個單通道采集電路的簡單復(fù)合，通過這種方法采集到的電壓值具有一定的噪聲，其電壓值不穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)上造價較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多通道微弱信號采集電路。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種多通道微弱信號采集電路，用于采集多個傳輸通道輸出的電流信號，包括:
[0006]分別與所述多個傳輸通道中相應(yīng)的傳輸通道相連、用于分別將所述相應(yīng)的傳輸通道傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號的多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路；
[0007]與多個所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路相連、用于將多個所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號按時序逐一輸出的時分復(fù)用電路；
[0008]與所述時分復(fù)用電路相連、用于對所述時分復(fù)用電路逐一輸出的電壓信號進(jìn)行放大處理的放大電路；
[0009]與所述放大電路相連、用于對經(jīng)所述放大電路放大后的電壓信號進(jìn)行濾波處理的濾波電路；
[0010]與所述濾波電路相連、用于對經(jīng)所述濾波電路濾波后的電壓信號進(jìn)行采集的采集電路。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括用于將電流信號轉(zhuǎn)成光信號的光電單元、與所述光電單元相連的用于放大光信號的第一放大單元、與所述第一放大單元相連的用于將放大的光信號轉(zhuǎn)成電壓信號的第一反饋電阻單元、與所述第一反饋電阻單元相連的用于放大第一反饋電阻單元輸出的電壓信號的第二放大單元、和與所述第二放大單元相連的用于對所述第二放大單元放大的電壓信號進(jìn)行濾波處理的濾波單元。
[0012]優(yōu)選地，所述時分復(fù)用電路包括用于產(chǎn)生時基信號的時基電路、用于選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號逐一輸出至放大電路的輸入選通電路、用于將所述時基信號轉(zhuǎn)換成控制所述輸入選通電路選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓信號逐一輸出的控制信號的控制電路；所述控制電路分別與所述時基電路和所述輸入選通電路相連；所述輸入選通電路的輸入端與所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，輸入選通電路的輸出端與所述放大電路的輸入端相連。
[0013]優(yōu)選地，所述控制電路與所述輸入選通電路通過用于傳輸所述控制信號的控制總線相連。
[0014]優(yōu)選地，所述輸入選通電路包括通道選擇單元，所述通道選擇單元設(shè)有多個信號通道，所述多個信號通道的輸入端分別與相應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，所述多個信號通道的輸出端均與所述放大電路的輸入端相連，且每個信號通道上設(shè)有由來自所述控制電路的控制信號控制的多個可控開關(guān)。
[0015]優(yōu)選地，所述輸入選通電路還包括譯碼單元，所述譯碼單元的輸入端與所述控制總線相連，輸出端與所述通道選擇單元相連，用于將所述控制信號譯碼處理成用于控制所述多個可控開關(guān)的控制指令.。
[0016]優(yōu)選地，所述控制電路包括一用于實現(xiàn)所述控制電路與所述輸入選通電路電平匹配的驅(qū)動電路。
[0017]優(yōu)選地，所述放大電路包括與所述時分復(fù)用電路相連的第三放大單元、和與所述第三放大單元相連的用于控制第三放大單元輸出電壓的第二反饋電阻單元。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:實施本發(fā)明，采用分別與多個傳輸通道中相應(yīng)的傳輸通道相連的多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路以將多個傳輸通道上傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)為電壓信號輸出，再采用時分復(fù)用電路以將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的多個電壓信號逐一輸出至放大電路進(jìn)行歸一化處理，經(jīng)濾波電路處理后輸入至采集電路進(jìn)行采集。該多通道微弱信號采集電路中保留電流電壓轉(zhuǎn)換的性能，沒有將時分復(fù)用電路設(shè)置在多個電流信號輸出端，以避免時分復(fù)用電路的漏電流對輸出的電流信號產(chǎn)生影響；采用時分復(fù)用電路將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號輸出至放大電路，可有效降低多通道微弱信號采集的成本，簡化布線難度、提高布線效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一通道微弱信號采集電路的原理框圖。
[0021]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中多通道微弱信號采集電路的原理框圖。
[0022]圖3是本發(fā)明實施例一中多通道微弱信號采集電路的原理框圖。
[0023]圖4是本發(fā)明實施例一中電流電壓轉(zhuǎn)換電路的原理框圖。
[0024]圖5是本發(fā)明實施例一中時分復(fù)用電路的原理框圖
[0025]圖6是本發(fā)明實施例一中放大電路的原理框圖。
[0026]圖中:1、電流電壓轉(zhuǎn)換電路；10、光電單元；11、第一放大單元；12、第一反饋電阻單元；13、第二放大單元；14、濾波單元；2、時分復(fù)用電路；20、時基電路；21、輸入選通電路；211、通道選擇單元；212、譯碼單元；22、控制電路；221、驅(qū)動電路；23、控制總線；3、放大電路；30、第三放大單元；31、第二反饋電阻單元；4、濾波電路；5、采集電路。【具體實施方式】
[0027]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0028]圖3示出本發(fā)明一實施例中的多通道微弱信號采集電路的原理框圖。該多通道微弱信號采集電路用于采集多個傳輸通道輸出的電流信號，包括多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路1、一時分復(fù)用電路2、一放大電路3、一濾波電路4和一采集電路5。該多通道微弱信號采集電路采用分別與多個傳輸通道中相應(yīng)的傳輸通道相連的多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I以將多個傳輸通道上傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)為電壓信號輸出，再采用時分復(fù)用電路2以將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的多個電壓信號逐一輸出至放大電路3進(jìn)行歸一化處理，經(jīng)濾波電路4處理后輸入至采集電路5進(jìn)行采集。該多通道微弱信號采集電路中保留電流電壓轉(zhuǎn)換的性能，沒有將時分復(fù)用電路2設(shè)置在多個電流信號輸出端，以避免時分復(fù)用電路2的漏電流對輸出的電流信號產(chǎn)生影響；采用時分復(fù)用電路2將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號輸出至放大電路3，可有效降低多通道微弱信號采集的成本，簡化布線難度、提高布線效率。
[0029]在一實施例中提供10個傳輸通道的電流輸出至10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路，其中10個輸出至電流電壓轉(zhuǎn)換電路中的電流I的值分別為0.5mA, 0.5mA, 0.2mA, 0.06mA, 3mA, 2mA,1mA, 1.2mA, 5.5mA，6mA，本實施例中采用10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I，每個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I分別與前述10個傳輸通道中相應(yīng)的傳輸通道相連、以將相應(yīng)傳輸通道上傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號Ul輸出至?xí)r分復(fù)用電路2，其中Ul的值分別是5 μ V，5 μ V，2 μ V，0.6 μ V，30 μ V, 20 μ V，10 μ V，12 μ V，55 μ V, 60 μ V?？梢岳斫獾兀緦嵤├形⑷跣盘柌杉娐分袀鬏斖ǖ赖臄?shù)量范圍為O?64,相應(yīng)的，電流電壓轉(zhuǎn)換電路I的數(shù)量也是O?64個。
[0030]如圖4所示，10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I將分別電流值為0.5mA, 0.5mA, 0.2mA,
0.06mA, 3mA, 2mA, 1mA, 1.2mA, 5.5mA, 6mA的電流信號經(jīng)過光電單元10，以將相應(yīng)的電流信號轉(zhuǎn)成光信號；再經(jīng)過與光電單元10相連第一放大單元11以放大光信號；第一放大單元11將經(jīng)放大的光信號通過與其相連的第一反饋電阻單元12以將放大的光信號轉(zhuǎn)成電壓信號；第一反饋電阻單元12輸出的電壓信號通過與其相連的第二放大單元13進(jìn)行放大處理，再經(jīng)與第二放大單元13相連的濾波單元14對放大的電壓信號進(jìn)行濾波處理，分別輸出電壓值為 5 μ V, 5 μ V, 2 μ V, 0.6 μ V, 30 μ V, 20 μ V, 10 μ V, 12 μ V, 55 μ V，60 μ V 的電壓信號。
[0031]10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號通過時分復(fù)用單元按時序逐一輸出至放大電路3。如圖5所示，時分復(fù)用電路2包括時基電路20、輸入選通電路21和控制電路22，控制電路22根據(jù)時基電路20輸出的時基信號產(chǎn)生控制輸入選通電路21將10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號選擇逐一輸出的控制信號。米用時分復(fù)用電路2,可有效降低多通道微弱信號采集的成本，簡化布線難度、提高布線效率；將時分復(fù)用電路2設(shè)置在10個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I之后，可有效避免時分復(fù)用電路2的漏電流對輸出的電流信號產(chǎn)生影響。
[0032]具體地，時基電路20用于產(chǎn)生時基信號，提供輸入選通電路21進(jìn)行通道選擇的時間間隙(如若時基信號中提供的時間間隔為0.001s，則每隔0.0Ols時分復(fù)用電路2進(jìn)行一次通道選擇)，將該時基信號發(fā)送至控制電路22?？梢岳斫獾?，在電路設(shè)計過程中需要使時基電路20與控制電路22之間的響應(yīng)時間滿足信號同步的需求。[0033]控制電路22分別與時基電路20和輸入選通電路21相連，用于將時基信號轉(zhuǎn)換成控制輸入選通電路21選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I的電壓信號按時序逐一輸出的控制信號。具體地，控制電路22與輸入選通電路21通過用于傳輸控制信號的控制總線23相連?？刂齐娐?2包括一用于實現(xiàn)控制電路22與輸入選通電路21電平匹配的驅(qū)動電路221，以實現(xiàn)在采集電路5之前，對其進(jìn)行歸一化處理。
[0034]輸入選通電路21用于選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號逐一輸出至放大電路3，以有效節(jié)省多通道微弱信號采集電路的空間成本并提高其布線效率。輸入選通電路21包括通道選擇單元211和譯碼單元212。通道選擇單元211設(shè)有多個信號通道，多個信號通道的輸入端分別與相應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路I的輸出端相連，多個信號通道輸出端均與放大電路3的輸入端相連，且每個信號通道上設(shè)有由來自控制電路22的控制信號控制的多個可控開關(guān)。譯碼單元212的輸入端與控制總線23相連，輸出端與通道選擇單元211相連，用于將控制信號譯碼處理成用于控制多個可控開關(guān)的控制指令?？梢岳斫獾?，輸入選通電路21需要有較低的附加噪聲，以避免影響整個多通道微弱信號采集電路的信噪比和分辨能力，進(jìn)而提高電路成本；同時，需保證其具有較高的帶寬兼容性，其帶寬兼容范圍是0~100K赫茲。
[0035]時分復(fù)用電路2工作時，時基電路20生產(chǎn)一個時基信號并傳輸至控制電路22，控制電路22將該時基信號處理成用于控制通道選擇單元211中多個可控開關(guān)之一閉合的控制信號，以選擇將該可控開關(guān)控制的信號通道連通，從而將相應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路I的電壓信號輸出。該控制信號經(jīng)驅(qū)動電路221進(jìn)行電平匹配處理后通過控制總線23傳輸至譯碼單元212，譯碼單元212將控制信號進(jìn)行譯碼處理成控制多個可控開關(guān)之一閉合的控制指令并發(fā)送至通道選擇單元211，通道選擇單元211根據(jù)控制指令控制相應(yīng)的可控開關(guān)閉合，以實現(xiàn)選擇該電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號Ul逐一輸出至放大電路3。
[0036]如圖6所不, 放大電路3與時分復(fù)用電路2相連,用于將時分復(fù)用電路2逐一輸出的電壓信號Ul先經(jīng)過第三放大單元30進(jìn)行放大，再由第二反饋電阻單元31進(jìn)行放大量程調(diào)整，形成電壓值相同的電壓信號U2。例如電壓值分別為5 ii V，5 ii V，2 ii V，0.6 ii V，30 ii V，20 u V,10u V，12 u V, 55 u V, 60 u V的電壓信號Ul先經(jīng)過第三放大單元30進(jìn)行放大，得到電壓值分別 ^ 90 u V, 90 u V，80 u V,90u V，90 u V,90u V，75 u V,90u V,90u V 的電壓信號，再經(jīng)過與第三放大單元30相連的用于控制第三放大單元30輸出電壓的第二反饋電阻單元31進(jìn)行放大量程調(diào)整，形成統(tǒng)一的電壓值為90 y V的電壓信號U2逐一輸出至與放大電路3相連的濾波電路4。
[0037]可以理解地，若時分復(fù)用電路2輸出的是單端信號，即使用普通的放大器；如果輸出的是差分信號，使用的就是差分放大器，使用放大電路3可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。在當(dāng)前的微弱信號采集過程中，由于微弱信號通常淹沒在噪聲中，而噪聲的來源具體多樣化，導(dǎo)致放大電路的增益較難控制，在本實施例中使用時分復(fù)用電路2控制多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I的電壓信號逐一輸出，以使放大電路的增益自動可調(diào)。
[0038]濾波電路4將放大電路3輸出的電壓信號U2進(jìn)行濾波處理后得到電壓信號U3，與濾波電路4相連的采集電路5對電壓信號U3進(jìn)行采集，以完成多通道微弱信號的采集。
[0039]采用本發(fā)明提供的多通道微弱信號采集電路，利用電流電壓轉(zhuǎn)換電路I可采集微弱電流的單端信號或差分信號；利用時分復(fù)用電路2可以將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路I輸出的電壓信號逐一輸出至放大電路；以提高電路帶負(fù)載能力，保證流入負(fù)載的電流不至于損壞負(fù)載；利用放大電路對輸入的電壓信號實現(xiàn)放大倍數(shù)自動調(diào)節(jié)；同時該電路還具有成本低、布線方便的優(yōu)點。
[0040]本發(fā)明是通過一個具體實施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換和等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道微弱信號采集電路，用于采集多個傳輸通道輸出的電流信號，其特征在于:包括: 分別與所述多個傳輸通道中相應(yīng)的傳輸通道相連、用于分別將所述相應(yīng)的傳輸通道傳輸?shù)碾娏餍盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號的多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(1); 與多個所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路(1)相連、用于將多個所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路(1)輸出的電壓信號按時序逐一輸出的時分復(fù)用電路(2)； 與所述時分復(fù)用電路(2)相連、用于對所述時分復(fù)用電路(2)逐一輸出的電壓信號進(jìn)行放大處理的放大電路(3)； 與所述放大電路(3)相連、用于對經(jīng)所述放大電路(3)放大后的電壓信號進(jìn)行濾波處理的濾波電路(4)； 與所述濾波電路(4)相連、用于對經(jīng)所述濾波電路(4)濾波后的電壓信號進(jìn)行采集的采集電路(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I)包括用于將電流信號轉(zhuǎn)成光信號的光電單元(10)、與所述光電單元(10)相連的用于放大光信號的第一放大單元(11)、與所述第一放大單元(11)相連的用于將放大的光信號轉(zhuǎn)成電壓信號的第一反饋電阻單元(12)、與所述第一反饋電阻單元(12)相連的用于放大第一反饋電阻單元(12)輸出的電壓信號的第二放大單元(13)、和與所述第二放大單元(13)相連的用于對所述第二放大單元(13)放大的電壓信號進(jìn)行濾波處理的濾波單元(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述時分復(fù)用電路(2)包括用于產(chǎn)生時基信號的時基電路(20 )、用于選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I)輸出的電壓信號逐一輸出至放大電路(3 )的輸入選通電路(21)、用于將所述時基信號轉(zhuǎn)換成控制所述輸入選通電路(21)選擇將多個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I)的電壓信號逐一輸出的控制信號的控制電路(22);所述控制電路(22)分別與所述時基電路(20)和所述輸入選通電路(21)相連；所述輸入選通電路(21)的輸入端與所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I)的輸出端相連，輸入選通電路(21)的輸出端與所述放大電路(3)的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述控制電路(22)與所述輸入選通電路(21)通過用于傳輸所述控制信號的控制總線(23 )相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述輸入選通電路(21)包括通道選擇單元(211)，所述通道選擇單元(211)設(shè)有多個信號通道，所述多個信號通道的輸入端分別與相應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I)的輸出端相連，所述多個信號通道的輸出端均與所述放大電路(3)的輸入端相連，且每個信號通道上設(shè)有由來自所述控制電路(22)的控制信號控制的多個可控開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述輸入選通電路(21)還包括譯碼單元(212)，所述譯碼單元(212)的輸入端與所述控制總線(23)相連，輸出端與所述通道選擇單元(211)相連，用于將所述控制信號譯碼處理成用于控制所述多個可控開關(guān)的控制指令.。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述控制電路(22)包括一用于實現(xiàn)所述控制電路(22)與所述輸入選通電路(21)電平匹配的驅(qū)動電路(221)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項所述多通道微弱信號采集電路，其特征在于:所述放大電路(3)包括與所述時分復(fù)用電路(2)相連的第三放大單元(30)、和與所述第三放大單元(30)相連的用于控制第三 放大單元(30)輸出電壓的第二反饋電阻單元(31)。
【文檔編號】G01R19/00GK103792413SQ201410042267
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】羅東紅, 黃正宇, 閆正和, 張偉, 唐圣來, 曹琴, 于曉輝, 李四華, 許慶華, 張東平, 高曉飛, 梁衛(wèi), 杜河泉 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司深圳分公司, 北京蔚藍(lán)仕科技有限公司