一种用于微弱信号的自动增益控制处理电路的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种用于微弱信号的自动增益控制处理电路。


背景技术：

2.现代工业生产的自动化程度逐年提高，而电气设备在现代化生产中起着至关重要的作用，并且电气设备的安全运行直接影响着工业的稳定生产。如果电气设备在运行过程中发生故障或者失效，将会对生产企业造成巨大的经济损失，如果情况严重还会造成一定的人员伤亡，对社会的影响也是恶劣的。因此，对电气设备的运行状态进行监测，是保证设备安全运行的重要手段。
3.电气设备运行状态监测的基本原理是对正在工作的设备进行多种信号监测，再从采集到的数据中提取特征参数作为状态识别的重要依据，最后判断决策出故障状态。电气设备运行状态监测首先要做的是对安装在电气设备上的各类传感器信号进行采集，而一些传感器的输出信号比较微弱且含有噪声，因此需要对信号进行放大和滤波。
4.目前在电气设备状态监测的信号处理电路中，是将传感器输出的小信号进行放大，然后进行ad采样。然而不同的电气设备功率不同，同一电气设备在不同负载下运行功率也不一样，因此传感器输出的信号大小也不同，为使ad采样的信号稳定，采用了自动增益控制放大电路进行信号处理。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是利用模拟光耦和运算放大器实现电气设备运行状态测量中对信号放大增益的自动控制，同时利用开关光耦实现输入信号强度检测，是一种适用于电气设备运行状态分析的信号处理电路。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.一种用于微弱信号的自动增益控制处理电路，包括：
8.端口单元、运算放大器单元、开关光耦、模拟光耦、网络电阻器、电容单元、电阻单元、二极管单元；
9.所述端口单元分别与所述运算放大器单元、所述开关光耦连接，所述运算放大器单元分别与所述电容单元、所述电阻单元连接、所述二极管单元和所述模拟光耦连接。
10.优选地,所述端口单元包括电源输入端(1)、状态输出端status(2)、信号输入端input(3)、接地端gnd(4)、v-电源输入端(5)、参考电压输出端avcc(6)、信号输出端output(7)和v+电源输入端(8)，其中，v-电源输入端(5)、v+电源输入端(8)用于对所述运算放大器单元供电。
11.优选地,所述运算放大器单元包括：第一路运算放大器、第二路运算放大器、第三路运算放大器和第四路运算放大器；所述网络电阻器为16p8r排阻或若干相同阻值的电阻。
12.优选地,所述电容单元包括：电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电
容c7和电容c8；
13.所述电阻单元包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11和电阻r12。
14.优选地,所述二极管单元包括：
15.稳压二极管dz1，发光二极管led1、发光二极管led2，二极管d1、二极管d2、二极管d3。
16.优选地，所述第一路运算放大器的输出端与所述电容c2、所述电容c3、所述电容c5及电阻r4的一端相连，还连接所述模拟光耦内部电阻的一端；所述电容c2的另一端连接所述16p8r排阻的7、8号管脚；所述电容c3与所述电阻r4的另一端相连，并连接第一路运算放大器的反相输入端及电阻r3和电容c4的一端，所述电容c3还连接所述模拟光耦内部电阻的另一端；电容c4的另一端连接4号接地端gnd；电阻r3的另一端与3号信号输入端input及电阻r2、电容c1的一端相连；所述电阻r2、所述电容c1的另一端连接所述4号接地端gnd。
17.优选地，所述模拟光耦的阴极端接所述接地端gnd(4)；模拟光耦的阳极端连接所述开关光耦的阴极端；所述开关光耦的阳极端与所述16p8r排阻的3号管脚、所述电容c6正极性端及所述第四路运算放大器的输出端相接；所述开关光耦的发射极端接接地端gnd(4)；所述开关光耦的集电极端与所述状态输出端status(2)及所述发光二极管led1的阴极相连；所述led1的阳极接所述电阻r1的一端；所述电阻r1的另一端与所述电源输入端(1)及所述d3阳极相连；所述d3阴极接电容c8一端及所述参考电压输出端avcc(6)；所述电容c8另一端接接地端gnd(4)。
18.优选地，所述16p8r排阻15、16号管脚接4号接地端gnd；16p8r排阻4、5、6号管脚与d1的阳极相连；16p8r排阻10、13号管脚与第三路运算放大器的反相输入端及d2的阴极相连；16p8r排阻9、11、12、14号管脚与所述电容c6负极性端及所述第四路运算放大器的反相输入端相接；16p8r排阻1号管脚与第三路运算放大器的同相输入端相连；16p8r排阻2号管脚与第四路运算放大器的同相输入端相连；所述二极管d1阴极与所述二极管d2阳极、所述第三路运算放大器的输出端及所述发光二极管led2阴极相连；所述发光二极管led2阳极与所述电阻r5一端连接；所述电阻r5另一端与所述运算放大器单元的正电源端、所述v+电源输入端(8)、所述电阻r10的一端相连；所述电阻r10另一端与所述电阻r11的一端及所述稳压二极管dz1阴极相接；所述稳压二极管dz1阳极接所述接地端gnd(4)；所述电阻r11另一端与所述电阻r12一端、所述电容c7一端及所述第二路运算放大器的同相输入端相连；所述电阻r12及所述电容c7的另一端接所述接地端gnd(4)；所述电阻r9一端接所述信号输出端output(7)；所述电阻r9另一端与所述电阻r7、所述电阻r8及所述第二路运算放大器的输出端相连；所述电阻r8另一端接所述接地端gnd(4)；所述电阻r7另一端与所述电阻r6一端、所述第二路运算放大器的反相输入端相连；所述电阻r6另一端接所述电容c5一端；所述第一路运算放大器的同相输入端接所述接地端gnd(4)；所述运算放大器单元的负电源端连接所述v-电源输入端(5)。
19.优选地，所述信号输入端input(3)与所述信号输出端output(7)共用一个接地端gnd(4)，其中，所述信号输入端input(3)的输入信号为交流信号，所述信号输出端output(7)的信号为直流信号。
20.本实用新型公开了以下有益效果：
21.本实用新型利用模拟光耦实现了信号放大增益的自动控制，从而替换了程控放大器，降低了成本，同时巧妙地利用开关光耦实现了对输入信号强度的实时检测，利于后级ad采样的稳定，保证了信号分析的准确性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例中用于微弱信号的自动增益控制处理电路原理图，其中，电源输入端-1、状态输出端status-2、信号输入端input-3、接地端gnd-4、v-电源输入端-5、参考电压输出端avcc-6、信号输出端output-7、v+电源输入端-8。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.如图1所示，一种用于微弱信号的自动增益控制处理电路，包括运算放大器集合，所述运算放大器集合内部包括有四路运算放大器：第一路运算放大器、第二路运算放大器、第三路运算放大器和第四路运算放大器；
26.一个开关光耦；
27.一个模拟光耦；
28.一个16p8r排阻；
29.电容：c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8；
30.电阻：r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12；
31.稳压二极管dz1；
32.发光二极管：led1、led2；
33.二极管：d1、d2、d3。
34.更进一步地，用于微弱信号的自动增益控制处理电路还包括有：1号+5v电源输入端、2号状态输出端status、3号信号输入端input、4号接地端gnd、5号v-电源输入端、6号参考电压输出端avcc、7号信号输出端output、8号v+电源输入端。
35.用于微弱信号的自动增益控制处理电路的连接关系为：第一路运算放大器的输出端与电容c2、c3、c5及电阻r4的一端相连，还连接模拟光耦的电阻一端；电容c2的另一端连接16p8r排阻的7、8号管脚；电容c3与电阻r4的另一端相连，并连接第一路运算放大器的反相输入端及电阻r3和电容c4的一端，还连接模拟光耦的电阻另一端；电容c4的另一端接4号接地端gnd；电阻r3的另一端与3号信号输入端input及电阻r2、电容c1的一端相连；电阻r2、电容c1的另一端接4号接地端gnd；模拟光耦的阴极端接4号接地端gnd；模拟光耦的阳极端接开关光耦的阴极端；开关光耦的阳极端与16p8r排阻的3号管脚、电容c6正极性端及第四
路运算放大器的输出端相接；开关光耦的发射极端接4号接地端gnd；开关光耦的集电极端与2号状态输出端status及led1的阴极相连；led1的阳极接电阻r1的一端；电阻r1的另一端与1号+5v电源输入端及d3阳极相连；d3阴极接电容c8一端及6号参考电压输出端avcc；电容c8另一端接4号接地端gnd；16p8r排阻15、16号管脚接4号接地端gnd；16p8r排阻4、5、6号管脚与d1的阳极相连；16p8r排阻10、13号管脚与第三路运算放大器的反相输入端及d2的阴极相连；16p8r排阻9、11、12、14号管脚与电容c6负极性端及第四路运算放大器的反相输入端相接；16p8r排阻1号管脚与第三路运算放大器的同相输入端相连；16p8r排阻2号管脚与第四路运算放大器的同相输入端相连；二极管d1阴极与d2阳极、第三路运算放大器的输出端及led2阴极相连；led2阳极与电阻r5一端连接；r5另一端与运算放大器集合的正电源端、8号v+电源输入端、电阻r10的一端相连；电阻r10另一端与电阻r11的一端及稳压二极管dz1阴极相接；dz1阳极接4号接地端gnd；电阻r11另一端与电阻r12一端、电容c7一端及第二路运算放大器的同相输入端相连；电阻r12及电容c7的另一端接4号接地端gnd；电阻r9一端接7号信号输出端output；电阻r9另一端与电阻r7、r8及第二路运算放大器的输出端相连；电阻r8另一端接4号接地端gnd；电阻r7另一端与电阻r6一端、第二路运算放大器的反相输入端相连；电阻r6另一端接电容c5一端；第一路运算放大器的同相输入端接4号接地端gnd；运算放大器集合的负电源端接5号v-电源输入端。
36.更进一步地，用于微弱信号的自动增益控制处理电路需要三个电源输入：1号+5v电源输入端、5号v-电源输入端、8号v+电源输入端，其中，5号v-电源输入端、8号v+电源输入端给运算放大器集合供电，1号+5v电源输入端经二极管d3及电容c8滤波后输出至6号参考电压输出端avcc。
37.更进一步地，3号信号输入端input与7号信号输出端output共用一个4号接地端gnd；2号状态输出端status在没有输入信号或输入信号较弱时输出高电平，在输入信号强度适中时被拉为低电平，因此通过2号状态输出端status的高低电平可以判断输入信号是否适中。
38.更进一步地，通过模拟光耦自动调整第一路运算放大器的放大倍数，使输出信号稳定，即输入信号变大，导致模拟光耦内部led光强变强，从而使其内部光敏电阻阻值变小，降低第一路运算放大器的放大倍数；反之输入信号变小时，模拟光耦内部光敏电阻阻值变大，使第一路运算放大器的放大倍数增大。
39.更进一步地，输入信号适中时，会使第四路运算放大器的输出足够大，从而开通开关光耦的内部led，使其内部三极管导通，将2号状态输出端status的电平拉低，同时点亮led1。
40.更进一步地，3号信号输入端input的输入信号为交流信号，7号信号输出端output的信号为直流信号，且如果输入信号过大，会使输出信号出现零值或负值，所以通过检测输出信号是否出现零值可判断输入信号是否过大。
41.更进一步地，处理电路中用到的16p8r排阻，也可以用8个相同阻值的电阻替换。
42.附图1中的电阻电容取值如下：阻值为5.1k欧的排阻(也可以用8个阻值为5.1k欧电阻替换，并按附图1接线)，容值为0.1uf的电容c1、c4，容值为470pf的电容c3，容值为47uf的电容c2、c5、c7、c8，容值为470uf的电容c6，阻值为2.2k欧的电阻r1、r6、r11、r12，阻值为680欧的电阻r2、r7、r8，阻值为390欧的电阻r3，阻值为1m欧的电阻r4，阻值为100k欧的电阻
r5，阻值为100欧的电阻r9，阻值为10k欧的电阻r10。稳压二极管dz1的稳压值为5.1v。
43.将8号端子v+接入+15v电压，5号端子v-接入-15v电压。当3号输入端子input输入交流信号时，7号输出端子将输出直流信号，且信号适中时，2号端子status将输出低电平。
44.本实用新型中，采用模拟光耦实现运放增益的自动控制，处理幅值大小不定的微弱输入信号，同时利用开关光耦实现电路输入信号强度的检测，根据检测到的输入信号状态，实现只在信号适中时进行采样，从而保证了后级ad采样信号的稳定。本实用新型是利用模拟光耦实现了信号放大增益的自动控制，从而替换了程控放大器，降低了成本，同时巧妙地利用开关光耦实现了对输入信号强度的实时检测，利于后级ad采样的稳定，保证了信号分析的准确性。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
46.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。