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CN104714456B - 一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法 - Google Patents

一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，是通过一电路完成，所述电路在基于运算放大电路提高低频信号幅度的基础上，同时可提高低频信号幅度输出分辨率；其包括，运算放大电路和叠加电路；原理为通过运算放大电路将低频信号幅度放大，使其输出放大的基准信号源，再通过信号叠加电路将分辨率不高的输出基准信号源叠加从而实现在不丢失低频信号幅度分辨率情况下的大信号输出；本发明所述的提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法克服了现有技术中低频信号输出幅度精度受限于数模转换芯片即DAC蕊片，也就是低频信号输出幅度经运算放大电路比例放大幅度满足要求时，却降低了低频信号输出幅度的分辨率弊端。

Description

一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法
技术领域
本发明涉及电子信号处理、信号分析、电子测试设备领域的一种提高低频信号幅度输出及控制精度的方法。
背景技术
现有工作中很多场合要求提供纯模拟低频信号，常用的方法是由微处理器一控制数模转化芯片一DAC1，如：DAC0832，AD7520以及外围电路来产生对模拟信号的低频信号输出，当需要低频大幅度信号时还需对信号进行放大。如图1为常用的低频信号幅度输出及控制方法所采用的运算放大电路图；所述运算放大电路一1包括，微处理器一3、数模转换模块一DAC1、幅度衰减控制电路模块一2、运算放大器一A1、反馈电阻一Rf1、输入电阻一Ri和平衡电阻一R11；所述微处理器一3与所述数模转换模块一DAC1输入端及幅度衰减控制电路模块一2输入端相连；所述幅度衰减控制电路模块一2输出端与数模转换模块一DAC1输出端相连，所述数模转换模块一DAC1输出端同时与所述运算放大器一A11的输入端相连，所述运算放大器一A11的输入端连有输入电阻一Ri，基极端连有平衡电阻一R11，所述反馈电阻一Rf1两端分别与运算放大器一A11的输入输出端相连；所述微处理器一3控制数模转换模块一DAC1将信号进行满幅度输出，同时满幅度输出的信号受所述幅度衰减控制电路模块一2控制其信号幅度的衰减，产生衰减幅度输出电压信号一VDAC1，衰减幅度输出电压信号一VDAC1再经所述运算放大器一A11对信号进行放大， 放大倍数为－Rf1 / Ri。
不足之处在于：常用的低频信号幅度输出及控制方法，其产生的低频信号输出幅度精度受限于数模转换芯片一即DAC1蕊片，同时当低频信号输出幅度经运算放大电路比例放大且幅度满足要求时，低频信号输出幅度的分辨率却大大降低了。在图1中，输出VOUT1=-Rf1/Ri*VDAC1，当VDAC1输出的信号是峰值10V的低频正弦信号，幅度衰减控制电路模块的分辨率为10位时；如果需要VOUT1输出的信号峰值是10V以内的低频正弦信号时，则Rf1 /Ri=1，幅度控制最小值为10/1022=9.36mV; 如果需要将信号幅度放大使VOUT1输出的信号峰值是20V以内的低频正弦信号时，则Rf1/Ri=2，幅度控制最小值20/1022=19.52mV，输出信号控制精度降低了一倍，如果信号放大幅度更大的话，则信号控制精度将降低得越大。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，使其克服现有方法中低频信号输出幅度经放大电路对其信号进行幅度放大后，却大大降低低频信号输出幅度的分辨率弊端。
为解决上述技术问题，本发明主要解决的技术问题是提供一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，其通过一电路来实现，所述电路包括运算放大电路，所述运算放大电路将低频信号幅度放大，使其输出放大后的基准信号源；所述运算放大电路包括，微处理器、数模转换模块DAC、幅度衰减控制电路模块、运算放大器A1、反馈电阻Rf、输入电阻Ri和平衡电阻R1；所述微处理器与所述数模转换模块DAC输入端及幅度衰减控制电路模块输入端相连；所述幅度衰减控制电路模块输出端与数模转换模块DAC输出端相连，所述数模转换模块DAC输出端同时与所述运算放大器A1的输入端相连，所述运算放大器A1的输入端连有输入电阻Ri1，基极端连有平衡电阻R1，所述反馈电阻Rf两端分别与运算放大器A1的输入输出端相连；所述微处理器控制数模转换模块DAC将信号进行满幅度输出，同时满幅度输出的信号受所述幅度衰减控制电路模块控制其信号幅度的衰减，所述数模转换模块DAC产生的低频信号再经所述运算放大器A1对信号进行放大，放大倍数为－Rf / Ri；所述提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，还包括叠加电路，所述叠加电路将放大后的精度不高的输出基准信号源相叠加从而实现在不丢失低频信号幅度分辨率情况下的大信号输出；
优选的，所述叠加电路包含有继电器、多个输入电阻，和多个平衡电阻，所述继电器接线端与微处理器及数模转换模块DAC相连，多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3相并联后与继电器触点开关K2，继电器触点开关K3相连，另一端与运算放大器A1的输入端相连，多个平衡电阻R1、平衡电阻R2、平衡电阻R3并联后一端与继电器触点开关K4、继电器触点开关K5相连，另一端与运算放大器A1的基极端相连；所述微处理器控制数模转换模块DAC，根据幅度需要通断继电器触点开关K2、继电器触点开关K3、继电器触点开关K4、继电器触点开关K5所在回路，数模转换模块DAC满幅度输出后受幅度衰减控制电路模块控制，完成衰减幅度输出电压信号VDAC，同时提供满幅度输出信号VDAO，供放大电路使用。
优选的，多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3阻值彼此相等且与反馈电阻Rf阻值相等，提高精度。
本发明的有益效果是克服了现有技术中低频信号输出幅度精度受限于数模转换芯片即DAC蕊片，也就是低频信号输出幅度经运算放大电路比例放大，幅度满足要求时，却降低了低频信号输出幅度分辨率的弊端。
附图说明
图1是常用的低频信号幅度输出及控制方法所采用的电路图；
图2是本发明所述的一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法所采用的一种电路图；
其中，1、运算放大电路一； 2、幅度衰减控制电路模块一； 3、微处理器一；4、运算放大电路；5、幅度衰减控制电路模块；6、叠加电路；7、微处理器；8、继电器；A11、运算放大器一A11；A1、运算放大器A1；Ri、输入电阻一Ri；Ri1、输入电阻Ri1；Ri2、输入电阻Ri2；Ri3、输入电阻Ri3；R11、平衡电阻一；R1、平衡电阻R1；R2、平衡电阻R2；R3、平衡电阻R3； Rf1、反馈电阻一Rf1；Rf、反馈电阻Rf；DAC1、数模转换模块一； DAC、数模转换模块； VDAC1、衰减幅度输出电压信号一；VDAC、衰减幅度输出电压信号；VDAO、数模转换电压输出信号；K2、继电器触点开关K2；K3、继电器触点开关K3； K4、继电器触点开关K4；K5、继电器触点开关K5；VOUT1、现有方法所采用的运算放大电路一中最终输出的电压信号；VOUT、本发明方法所采用的运算放大电路中最终输出的电压信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图2所示的本发明所述的一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法所采用的一种电路图，包括运算放大电路4，所述运算放大电路4将低频信号幅度放大，使其输出放大后的基准信号源；所述运算放大电路包括，微处理器7、数模转换模块DAC、幅度衰减控制电路模块5、运算放大器A1、反馈电阻Rf、输入电阻Ri和平衡电阻R1；所述微处理器7与所述数模转换模块DAC输入端及幅度衰减控制电路模块5输入端相连；所述幅度衰减控制电路模块5输出端与数模转换模块DAC输出端相连，所述数模转换模块DAC输出端同时与所述运算放大器A1的输入端相连，所述运算放大器A1的输入端连有输入电阻Ri1，基极端连有平衡电阻R1，所述反馈电阻Rf 两端分别与运算放大器A1的输入输出端相连；所述微处理器7控制数模转换模块DAC将信号进行满幅度输出，同时满幅度输出的信号受所述幅度衰减控制电路模块5控制其信号幅度的衰减，所述数模转换模块DAC产生的低频信号再经所述运算放大器A1对信号进行放大，放大倍数为－Rf / Ri；所述提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，还包括叠加电路6，所述叠加电路6将放大后的精度不高的输出基准信号源相叠加从而实现在不丢失低频信号幅度分辨率情况下的大信号输出；所述叠加电路6包含有继电器8、多个输入电阻Ri2、输入电阻Ri3和多个平衡电阻R2、平衡电阻R3，所述继电器8接线端与微处理器7及数模转换模块DAC相连，多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3相并联后与继电器触点开关K2，继电器触点开关K3相连，另一端与运算放大器A1的输入端相连，多个平衡电阻R1、平衡电阻R2、平衡电阻R3并联后一端与继电器触点开关K4、继电器触点开关K5相连，另一端与运算放大器A1的基极端相连；所述微处理器7控制数模转换模块DAC，根据幅度需要通断继电器触点开关K2、继电器触点开关K3、继电器触点开关K4、继电器触点开关K5所在回路，数模转换模块DAC满幅度输出后受幅度衰减控制电路模块4控制，完成衰减幅度输出电压信号VDAC，同时提供满幅度输出信号VDAO，供放大电路使用；多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3阻值彼此相等且与反馈电阻Rf阻值相等，提高精度。
本发明所述的提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法的工作过程如下：
在图2中，输出VOUT=-Rf/Ri1*VDAC -Rf/Ri2*VDA0-Rf/Ri3*VDA0.
如VDAC满幅度输出的信号峰值为10V的低频正弦信号，幅度控制的分辨率为10位时，实施例一：当需要输出信号VOUT的输出峰值为10V以内的低频正弦信号时，继电器触点开关K2，K4，K3，K5断开，运算形成加法电路，输出VOUT=-Rf/Ri1*VDAC =- VDAC，幅度控制最小值10/1024=9.76mV;
实施例二：当需要输出信号VOUT的输出峰值10 < V< 20的低频正弦信号时，继电器触点开关K2，K4闭合，K3，K5断开，运算形成加法电路，输出VOUT=-Rf/Ri1*VDAC -Rf/Ri2*VDA0=- VDAC - VDA0，幅度控制最小值依然是10/1024=9.76mV。
实施例三：当需要输出信号VOUT的输出峰值20 < V< 30的低频正弦信号时，继电器触点开关K2，K4，K3，K5闭合，运算形成加法电路，输出 VOUT=-Rf/Ri1*VDAC -Rf/Ri2*VDA0-Rf/Ri3*VDA0=- VDAC - 2VDA0，幅度控制最小值依然是10/1024=9.76mV。由此可知，幅度输出在增加，控制精度却没有下降。
本发明所述的提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法在基于运算放大电路提高低频信号幅度的基础上，再通过信号叠加电路将分辨率不高的输出基准信号源相叠加从而实现在不丢失低频信号幅度分辨率情况下的大信号输出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，是通过一电路完成，所述电路，包括运算放大电路（4），所述运算放大电路（4）将低频信号幅度放大，使其输出放大后的基准信号源；所述运算放大电路包括，微处理器（7）、数模转换模块DAC、幅度衰减控制电路模块（5）、运算放大器A1、反馈电阻Rf、输入电阻Ri1和平衡电阻R1；所述微处理器（7）与所述数模转换模块DAC输入端及幅度衰减控制电路模块（5）输入端相连；所述幅度衰减控制电路模块（5）输出端与数模转换模块DAC输出端相连，所述数模转换模块DAC输出端同时与所述运算放大器A1的输入端相连，所述运算放大器A1的输入端连有输入电阻Ri1，基极端连有平衡电阻R1，所述反馈电阻Rf 两端分别与运算放大器A1的输入输出端相连；所述微处理器（7）控制数模转换模块DAC将信号进行满幅度输出，同时满幅度输出的信号受所述幅度衰减控制电路模块（5）控制其信号幅度的衰减，所述数模转换模块DAC产生的低频信号再经所述运算放大器A1对信号进行放大，放大倍数为－Rf / Ri；所述提高低频信号幅度输出及控制其精度的方法，其特征在于还包括叠加电路（6），所述叠加电路（6）将放大后的精度不高的输出基准信号源相叠加从而实现在不丢失低频信号幅度分辨率情况下的大信号输出；所述叠加电路（6）包含有继电器（8）、多个输入电阻Ri2、输入电阻Ri3，和多个平衡电阻R2、平衡电阻R3，所述继电器（8）接线端与微处理器（7）及数模转换模块DAC相连，多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3相并联后与继电器触点开关K2，继电器触点开关K3相连，另一端与运算放大器A1的输入端相连，多个平衡电阻R1、平衡电阻R2、平衡电阻R3并联后一端与继电器触点开关K4、继电器触点开关K5相连，另一端与运算放大器A1的基极端相连；所述微处理器（7）控制数模转换模块DAC，根据幅度需要通断继电器触点开关K2、继电器触点开关K3、继电器触点开关K4、继电器触点开关K5所在回路，数模转换模块DAC满幅度输出后受幅度衰减控制电路模块（4）控制，完成衰减幅度输出电压信号VDAC，同时提供满幅度输出信号VDAO，供放大电路使用；多个所述输入电阻Ri1、输入电阻Ri2、输入电阻Ri3阻值彼此相等且与反馈电阻Rf阻值相等，提高精度。
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