[实用新型]一种模拟量输出电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电气控制自动化技术领域，具体涉及一种模拟量输出电路。

背景技术

目前数字处理器广泛应用的场合中，要输出可调的高精度高可靠的模拟量，通常采用处理器自带的DAC转换器或专用的DAC芯片。对于处理器自带的DAC通常通道数量比较少，需要多路模拟量输出时往往无法满足要求，另外如果要实现系统对外的隔离，需要增加隔离运放，成本会很昂贵，且体积也比较大。对于外加专用的DAC芯片，需要增加处理器专用的连接口，如串行总线I2C、SPI或并行总线。当输出信号的精度较高时，D/A芯片的位数也将随之增加，成本价格往往会成倍增加，如果在数字端隔离，根据接口的选择，每个接口线都需要隔离，造成元器件数量大批增加，使体积和造价随之升高。

如果采用PWM波形控制输出模拟量，只要单个IO输出信号，通过光耦隔离，少量元器件调制后就可以得到高精度高可靠的模拟量输出，成本往往会低很多。

目前ZL201420074154专利已实现了通过PWM脉宽控制实现模拟量的输出，该方案通过数字处理器实现PWM控制，经过电平转换芯片实现对所需电平转换，并通过一阶RC滤波电路实现模数转换，最后通过运放做电压跟随器输出模拟量。但上述专利电路未实现输出接口与内部隔离，未实现接口防护，当外部接口受到干扰时，极易干扰内部数据处理及损坏器件，同时，该电路仅使用简单的一阶RC滤波，RC滤波电路会受到PWM波形干扰的影响，且基准电压精度不高，导致输出电压不稳定，纹波会比较大。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种模拟量输出电路，采用光耦隔离实现接口和内部电路的隔离，并对接口增加EMC防雷防浪涌设计，增加在恶劣环境中的可靠性，另外通过二阶RC滤波电路实现，控制方式简单，价格低廉，负载线性稳定度及温度稳定度好，电路抗干扰能力好，输出精度满足绝大部分应用场合需求。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

    一种模拟量输出电路，包括PWM信号发生模块、电平隔离及转换模块、二阶RC滤波模块、电压跟随电路模块和输出防护电路模块；所述PWM信号发生模块依次连接所述电平隔离及转换模块、所述二阶RC滤波模块、所述电压跟随电路模块和所述输出防护电路模块，所述PWM信号发生模块用于产生PWM信号，所述电平隔离及转换模块对PWM信号实现电平与电气特性的内外隔离，所述二阶RC滤波模块对隔离后的PWM信号进行滤波，所述电压跟随电路模块减小滤波后的PWM信号的输出阻抗，所述输出防护电路模块避免输出的PWM信号受到外部EMC干扰。

    进一步的，所述PWM信号发生模块包括用于产生PWM信号的定时器，所述定时器的位数为16位宽，所述定时器包括第一寄存器和第二寄存器，所述第一寄存器配置PWM脉冲的周期T，T周期为100Hz，所述第二寄存器配置PWM波形高电平的时间τ。

    进一步的，所述电平隔离及转换模块包括第一电阻、第二电阻、隔离光耦、第一限流电阻、第二限流电阻、PMOS管、NMOS管、第七电阻和稳压二极管；所述PWM信号发生模块连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述隔离光耦的第一输入端，所述隔离光耦的第二输入端接GND1，所述隔离光耦的第一输出端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接电源VCC2，所述隔离光耦的第二输出端连接所述第七电阻的第一端，所述第一限流电阻的第一端同时连接所述第七电阻的第一端和所述第二限流电阻的第二端，所述第一限流电阻的第二端连接所述PMOS管的第一端，所述NMOS管的第一端同时连接所述第二限流电阻的第一端和所述第七电阻的第二端，所述NMOS管的第二端连接所述PMOS管的第一端，所述稳压二极管的第一端接地GND2，所述稳压二极管的第二端连接所述PMOS管的第二端，所述隔离光耦为高速光耦，所述第一限流电阻取值为500Ω-1KΩ，所述稳压二极管稳压值为接口输出电平所需要的最大值。

    进一步的，所述二阶RC滤波模块包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容；所述第三电阻的第一端连接所述PMOS管的第二端，所述第三电阻的第二端连接电源VCC2，所述第四电阻的第一端连接所述PMOS管的第一端，所述第四电阻的第二端同时连接所述第五电阻的第一端和所述第一电容的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端同时连接所述第七电阻的第二端和所述第二电容的第二端，所述二阶RC滤波模块中RC的时间常数取RC≥2T，其中T为PWM波形的周期。