[发明专利]色谱仪自适应量程信号采集电路

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集领域，特别是涉及一种自适应量程的ADC(Analog-Digital Converter，模拟-数字转换器)电路。

背景技术

传统的模数转换技术由于结构工艺的限制，对于-10V～+10V输入范围的模拟量采集转换很难实现16位以上的高分辨率。近年来随着大规模集成电路、计算机技术、数字系统的飞速发展，数字系统日益显示出高性能、可靠性好、灵活性、及体积小、功耗低、成本低等优点，利用目前已有的高速、中等精度的模数转换器件，结合ARM处理器进行相应的数据处理、计算、校准，实现了等同于22位高精度模数采集电路。

在实际工程应用中，高速高精度模数转换系统具有极高的应用价值。简单地采用分辨率≥18位的高精度A/D芯片(只有Σ-△类型的A/D转换器能达到这个精度，其输入范围只能小于-5V～+5V，而且采用这种转换器由于其原理上特点不适合高精度要求系统的模拟信号采样，一般用于语音的采集)，并且由于噪声、传输线耦合干扰等情况，在没有滤波的情况下实际只能保证11位左右精度，而附加滤波之后，将引入相位的滞后以及实际信号的失真，而且精度也只能14位左右。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种自适应量程的ADC电路，该电路包括供电模块、前段输入模块、增益放大模块、模数转换模块、嵌入式计算机、数据通信模块；其中，供电模块为整个色谱仪自适应量程信号采集电路提供规范、稳定的外部电源，由色谱仪输出的差分模拟电压信号经过前段输入模块转换为单端电压信号，然后送入增益放大模块进行放大，放大后的电压送入模数转换模块进行采样保持和模数转换，模数转换模块的模数转换结果在嵌入式计算机中处理后通过数据通信模块发送到PC，同时嵌入式计算机还需要根据模数转换模块每一次模数转换后输出数字值来判断当前增益倍率是否需要增大或减小，以完成对增益放大模块的增益倍率的负反馈控制。根据输入差分信号的强弱，自动调整放大倍率，选择合适的量程，能采集到等同于22位高精度模拟量的模数采集电路，且采集电压范围可达到-10V～10V。本发明采用如下技术方案：

一种色谱仪自适应量程信号采集电路，包括：

供电模块，该模块是整个下位机硬件系统的基本支持模块，将220V交流市电转化为直流，为整个下位机硬件电路提供规范、稳定的外部电源；

前端输入模块，该模块是信号采集电路与色谱仪之间的接口模块。负责将色谱仪输出的差分模拟电压信号引入下位机电路，并转换为单端电压信号，供其它模块进行后续处理；

增益放大模块，该模块负责将已引入下位机信号采集电路的单端电压信号进行增益放大；

模数转换模块，该模块是下位机信号采集电路的核心功能，该模块接收经过增益放大模块放大的模拟电压作为输入，将模拟电压信号转换为二进制数字值供系统其它模块进行后续处理；

嵌入式计算机，该模块负责下位机信号采集电路的数据处理功能；

数据通信模块，该模块负责完成下位机信号采集电路上下位机通信功能；所述的下位机即为色谱仪自适应量程采集电路；所述的上位机为PC机。

所述的供电模块包括DC005插座、220V-24V电源适配器、24S05DC-DC电源转换模块、24D12DC-DC电源转换模块、AMS1117电源转换芯片；其连接关系为：DC005插座分别与220V-24V电源适配器、24S05DC-DC电源转换模块、24D12DC-DC电源转换模块相连接，24S05DC-DC电源转换模块分别与AMS1117电源转换芯片、前端输入模块、模数转换模块相连接，24D12DC-DC电源转换模块与增益放大模块相连接，AMS1117电源转换芯片分别与嵌入式计算机、数据通信模块相连接。

所述前端输入模块包括仪表放大器、电压参考器、电压跟随器和信号输入端子；信号输入端子与仪表放大器相连接，电压跟随器分别与电压参考器、仪表放大器相连接。

所述增益放大模块包括两块可编程运放放大器芯片、电压跟随器和3.3V到5V移位器芯片SN74LVC4245A；两块可编程运放放大器芯片以级联的方式连接，并且通过3.3V到5V移位器芯片SN74LVC4245A与嵌入式计算机的I/O管脚直连，电压跟随器与可编程运放放大器芯片相连接。

所述的可编程放大器的放大倍数为2的n次方，其中n取值为0、1、2、3、4、5、6。

所述的可编程放大器的放大倍数为1、2、4、8、16、32、64倍。