一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路及方法，屬于電子 電路技術領域。
【背景技術】
[0002] 因電流信號具有很好的抗干擾能力，所W工業(yè)控制領域的很多傳感器輸出為電流 信號，但是，由于多通道單極性ADC性價比很高，為適應單極性ADC的量程要求，在很多場合 需要將來自傳感器的雙極性電流信號進行偏置轉換為單極性信號，同時為了滿足采樣定理 要求需要進行低通濾波。
[0003] 目前，典型的方案是傳感器輸出的電流信號L先經(jīng)過電流電壓轉換電路完成信號 的電壓轉換，再經(jīng)過一個加法器完成信號的偏移，如圖1所示，一般情況下，電流電壓轉換 電路和加法器電路均由運放構成，因此該種方案需要用到兩片運算放大器，還有如果需要 對輸出信號再做濾波處理，往往還需要再增加一片運算放大器，因此，造成整個方案成本較 高，同時，也會多占用印制電路板上的空間，不利于電路的成本控制與小型化設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的雙極性電流信號進行偏置轉換為單極性信號時 需要多片運算放大器，占用印制電路板上的空間大，不利于電路的成本控制與小型化設計 需要的問題。本發(fā)明的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路及方法，采用電流源 實現(xiàn)輸入偏置，并通過單運算放大器實現(xiàn)有源濾波和電流到電壓轉換，并可通過鏡像電流 源實現(xiàn)多通道的信號極性偏置，電路簡單，成本低廉，具有良好的應用前景。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
[0006] -種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路，其特征在于；包括運算放大 器A1和偏置電流源，電流信號L和偏置電流源并聯(lián)后通過電阻R4連接到運算放大器A1的 反向輸入端，運算放大器A1的正向輸入端接地，運算放大器A1的輸出端通過電容C1與其 的反向輸入端相連接，所述偏置電流源Ib用于實現(xiàn)待轉換電流信號L的直流偏置，所述運 算放大器A1的輸出端還通過負反饋電阻R3連接到偏置電流源和電流信號L并聯(lián)節(jié)點上， 且在該并聯(lián)節(jié)點與地之間并聯(lián)有電容C2。
[0007] 前述的一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路，其特征在于；所述偏 置電流源包括=極管Q1、可調電壓基準源U1、電阻R1和電阻R2，所述可調電壓基準源U1的 A極通過電阻R1與電源端Vcc相連接，所述可調電壓基準源U1的A極還與S極管Q1的基 極相連接，所述可調電壓基準源U1的K極與地相連接，所述=極管Q1的發(fā)射極通過電阻R2 與地相連接，所述=極管Q1的發(fā)射極還與可調電壓基準源U1的R極相連接，所述=極管Q1 的集電極作為偏置電流源的輸出端和電流信號L并聯(lián)。
[0008] 基于上述的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路的電流電壓轉換方法， 其特征在于；包括W下步驟，
[0009]步驟（1)，構建用于實現(xiàn)電流信號L直流偏置的偏置電流源，偏置電流源的電流值 Ib為，
[0010] Ib=Vaf/R2 (1)
[00川其中，Vuf為可調電壓基準源U1輸出的基準電壓；R2為參考電阻；
[0012]步驟（2)，電流信號L與偏置電流源的電流值Ib進行疊加，并將疊加后的電流信 號通過電阻R4與運算放大器A1的反向輸入端相連接；
[0013] 步驟（3)，將運算放大器A1的輸出端通過負反饋電阻R3與電流信號L、偏置電流 源疊加點相連接，并將運算放大器A1的正向輸入端接地，取運算放大器A1的輸出為輸出電 壓U。，則輸出電壓U。為公式似所示，
[0014] U〇=-(I曰+Ib)R3 似
[00巧]其中，R3為負反饋電阻R3的阻值；
[0016] 步驟（4)，將運算放大器A1的輸出端通過電容C1與運算放大器A1的反向輸入端 相連接，電流信號L、偏置電流源的疊加點與地之間并聯(lián)有電容C2,形成有源的低通濾波電 路，通過調節(jié)電阻R4、電容C1、電容C2的大小，實現(xiàn)調節(jié)低通濾波的帶寬。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路， 采用電流源實現(xiàn)輸入偏置，并通過單運算放大器實現(xiàn)有源濾波和電流到電壓轉換，并使用 鏡像電流源實現(xiàn)多通道的信號極性偏置，并具有W下優(yōu)點，
[0018](1)使用電流源對輸入進行直流偏置，偏置電路等效阻抗高，對信號電流分流很 ??；
[0019] (2)采用單運算放大器實現(xiàn)輸入偏置、有源濾波、電流到電壓變換；
[0020] 做電路結構簡單，使用器件少，易于集成，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0021] 圖1是傳統(tǒng)的電流電壓轉換電路的系統(tǒng)框圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路的電路圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明的一實施例的電路圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明。W下實施例僅用于更加清楚地 說明本發(fā)明的技術方案，而不能W此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[00巧]如圖2所示，本發(fā)明的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路，其包括運 算放大器A1和偏置電流源，電流信號L和偏置電流源并聯(lián)后通過電阻R4連接到運算放大 器A1的反向輸入端，運算放大器A1的正向輸入端接地，運算放大器A1的輸出端通過電容 C1與其的反向輸入端相連接，所述偏置電流源Ib用于實現(xiàn)待轉換電流信號L的直流偏置， 運算放大器A1的輸出端通過負反饋電阻R3連接到偏置電流源和電流信號L并聯(lián)節(jié)點上， 在該并聯(lián)節(jié)點與地之間并聯(lián)有電容C2。
[002引如圖3所示，本發(fā)明的一個實施例電路，所述偏置電流源包括立極管Q1、可調電壓 基準源U1、電阻R1和電阻R2,S極管Q1為NPN型S極管，可調電壓基準源U1為吸入式可 調電壓基準（如巧片TITL431等），可調電壓基準源U1的A極通過電阻R1與電源端Vcc 相連接，所述可調電壓基準源U1的A極還與=極管Q1的基極相連接，所述可調電壓基準源U1的K極與地相連接，所述=極管Q1的發(fā)射極通過電阻R2與地相連接，所述=極管Q1的 發(fā)射極還與可調電壓基準源U1的R極相連接，所述=極管Q1的集電極作為偏置電流源的 輸出端和電流信號L并聯(lián)。
[0027] 根據(jù)上述的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路的電流電壓轉換方法， 包括W下步驟，括W下步驟，
[0028]步驟（1)，構建用于實現(xiàn)電流信號I道流偏置的偏置電流源，偏置電流源的電流值 Ib為，
[0029] Ib=Vaf/R2 (1)
[0030] 其中，Vuf為可調電壓基準源U1輸出的基準電壓；R2為參考電阻；
[0031]步驟（2)，電流信號L與偏置電流源的電流值I進行疊加，并將疊加后的電流信 號通過電阻R4與運算放大器A1的反向輸入端相連接；
[003引步驟（3)，將運算放大器A1的輸出端通過負反饋電阻R3與電流信號1,、偏置電流 源的疊加點相連接，并將運算放大器A1的正向輸入端接地，取運算放大器A1的輸出U。為 最終輸出，貝ij輸出電壓U。表不如下；
[003引U0= -(1片6化 似
[0034] 其中，R3為負反饋電阻R3的阻值；
[00巧]步驟（4)，將運算放大器A1的輸出端通過電容C1與運算放大器A1的反向輸入端 相連接，待轉換電流信號L、偏置電流源疊加點與地之間并聯(lián)有電容C2,形成有源的低通濾 波電路，通過調節(jié)電阻R4、電容C1、電容C2的大小，實現(xiàn)調節(jié)低通濾波的帶寬，圖3中輸出 電壓U。復頻域的表達式如公式（3)所示
[0036]
【主權項】
1. 一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路，其特征在于：包括運算放大器 Al和偏置電流源，電流信號1 3和偏置電流源并聯(lián)后通過電阻R4連接到運算放大器Al的反 向輸入端，運算放大器Al的正向輸入端接地，運算放大器Al的輸出端通過電容Cl與其的 反向輸入端相連接，所述偏置電流源Ib用于實現(xiàn)待轉換電流信號I s的直流偏置，所述運算 放大器Al的輸出端還通過負反饋電阻R3連接到偏置電流源和電流信號Is并聯(lián)節(jié)點上，且 在該并聯(lián)節(jié)點與地之間并聯(lián)有電容C2。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路，其特征 在于：所述偏置電流源包括三極管Q1、可調電壓基準源U1、電阻Rl和電阻R2,所述可調電 壓基準源Ul的A極通過電阻Rl與電源端Vcc相連接，所述可調電壓基準源Ul的A極還與 三極管Ql的基極相連接，所述可調電壓基準源Ul的K極與地相連接，所述三極管Ql的發(fā) 射極通過電阻R2與地相連接，所述三極管Ql的發(fā)射極還與可調電壓基準源Ul的R極相連 接，所述三極管Ql的集電極作為偏置電流源的輸出端和電流信號I s并聯(lián)。
3. 基于權利要求1或2所述的帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路的電流電 壓轉換方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟（1)，構建用于實現(xiàn)電流信號13直流偏置的偏置電流源，偏置電流源的電流值I b 為， Ib= Vref/R2 (1) 其中，VMf為可調電壓基準源Ul輸出的基準電壓；R 2為參考電阻； 步驟（2)，電流信號13與偏置電流源的電流值I b進行疊加，并將疊加后的電流信號通 過電阻R4與運算放大器Al的反向輸入端相連接； 步驟（3)，將運算放大器Al的輸出端通過負反饋電阻R3與電流信號Is、偏置電流源的 疊加點相連接，并將運算放大器Al的正向輸入端接地，取運算放大器Al的輸出為輸出電壓 U。，則輸出電壓U。為公式⑵所示， U0=-(I s+Ib)R3 (2) 其中，R3為負反饋電阻R3的阻值； 步驟（4)，將運算放大器Al的輸出端通過電容Cl與運算放大器Al的反向輸入端相連 接，電流信號Is、偏置電流源的疊加點與地之間并聯(lián)有電容C2,形成有源的低通濾波電路， 通過調節(jié)電阻R4、電容Cl、電容C2的大小，實現(xiàn)調節(jié)低通濾波的帶寬。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有輸入偏置和有源濾波的電流電壓轉換電路及方法，包括運算放大器A1和偏置電流源，電流信號Is和偏置電流源并聯(lián)后通過電阻R4連接到運算放大器A1的反向輸入端，運算放大器A1的正向輸入端與地相連接，運算放大器A1的輸出端通過電容C1與運算放大器A1的反向輸入端相連接，運算放大器A1的輸出端通過負反饋電阻R3連接到偏置電流源與電流信號Is的并聯(lián)節(jié)點，同時在該節(jié)點上對地并聯(lián)電容C2。本發(fā)明采用電流源實現(xiàn)輸入偏置，并通過單運算放大器實現(xiàn)有源濾波和電流到電壓轉換，電路簡單，成本低廉，具有良好的應用前景。
【IPC分類】H03K19-0175
【公開號】CN104811181
【申請?zhí)枴緾N201510213165
【發(fā)明人】龐吉耀, 陳雷
【申請人】南京磐能電力科技股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月29日