[实用新型]一种单节锂电池供电的信号采集电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单节锂电池供电的信号采集电路，属于电学领域，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

现有技术：目前信号采集设备，无论是多通道数据采集仪还是便携式数据采集仪，内部信号调理电路为了满足最大的测量动态范围，一般都采用双电源供电。虽然双电源供电可能会带来一定性能优势，比如测量范围以及信噪比等指标，但是为了实现双电源供电，则会带来电路设计复杂、电路体积庞大、功耗高、需要使用DCDC器件引入纹波和噪声等，跟目前信号采集电路朝着小型号、低功耗、低成本方向发展背道而驰。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种单节锂电池供电的信号采集电路，只需要单节锂电池即可满足大部分工业信号的测量，能够在低成本、低功耗、小体积的条件下，满足测量要求。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种单节锂电池供电的信号采集电路，它包括传感器、模拟开关、比例衰减器、I/V转换器、积分器、仪表放大器、抗混叠滤波器、模数转换器、微控制器、USB接口、锂电池、LDO稳压器、共模电压输出模块、单节锂电池充电电路、锂电池电压取样电路；

传感器通过模拟开关分别与比例衰减器、I/V转换器、积分器连接；

比例衰减器、I/V转换器、积分器通过模拟开关与仪表放大器连接，仪表放大器与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器与模数转换器连接，模数转换器与微控制器连接；

微控制器分别与模拟开关、单节锂电池充电电路、USB接口连接，USB接口与单节锂电池充电电路连接；

单节锂电池充电电路与锂电池连接，锂电池与锂电池电压取样电路连接，锂电池与LDO稳压器连接，LDO稳压器与模电压输出模块连接；模电压输出模块与模数转换器连接。

锂电池经过LDO稳压器稳压后，通过共模电压输出模块为整个信号链上的功能模块比例衰减器、I/V转换器、积分器、仪表放大器、抗混叠滤波器、模数转换器提供静态工作点，使得系统能够工作在单电源供电条件下。

传感器输出的信号，通过模拟开关切换，调理到相应的功能电路上。

USB接口通过单节锂电池充电电路为锂电池进行充电。

锂电池电压取样电路对锂电池进行取样，并通过模数转换器进行采集再发送给微控制器得到系统电量值。

比例衰减器、I/V转换器、积分器、仪表放大器、抗混叠滤波器由共模电压输出模块提供静态工作电压。

本实用新型实现原理：本电路由电源管理模块、信号切换模块、信号调理模块、信号测量模块四个模块组成。

（1）电源管理模块：首先单节锂电池由单节锂电池专用充电芯片提供充电电流，用于在电池电量低时，对锂电池供电；锂电池的输出连接一个LDO稳压芯片，用于对微控制器和模拟电路提供电源，其中对数字部分和模拟部分供电通过一个磁珠隔离，以减少数字部分对模拟部分的干扰；锂电池输出还连接了一个电阻取样电路，用于监控锂电池电压，当电量过低时，用于系统进入休眠模式及提示充电信息；LDO 稳压器输出的电压通过精密电阻分压得到一个半压信号，该信号称为共模电压VCM，用于将被测量信号调理到共模电压上，便于信号的处理和采集。

（2）信号切换模块：输入端通过模拟开关实现电压、电流、电荷常见信号的切换测量，该切换控制信号由微控制器提供；

（3）信号调理模块：包含比例衰减器、积分器、I/V转换器、抗混叠滤波器，用于对测量信号的调理和滤波处理；

（4）信号测量模块：内置ADC的MCU及相关联的逻辑控制信号。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过将信号调理到电源供电的中心电压上，即共模电压，实现了单节锂电池的单电源信号处理，极大地减少了电路的复杂度和系统的功耗，从而降低了设计难度和成本，为测量设备实现低功耗和小型号提供了可行方案。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的仪表放大器电路示意图；

图3为本实用新型的抗混叠滤波器电路示意图；

图4为本实用新型的电源模块部分及电池电压取样示意图；

图5为本实用新型的共模电压输出电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图1~5对本实用新型进行详细描述：