一种USB多隔离型模拟量采集模块的制作方法

一种usb多隔离型模拟量采集模块
技术领域
1.本实用新型涉及信号采集技术领域，特别涉及一种usb多隔离型模拟量采集模块。


背景技术：

2.很多工业控制场合需要对真差分双极性模拟量信号进行采集，受限于供电电源的复杂性，往往难以实现。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种usb多隔离型模拟量采集模块，其仅使用usb接口提供电源和信号传输，通过隔离电源和隔离芯片的合理应用，使模拟采集电路、控制电路、通信电路三个部分完全隔离，具有强抗干扰能力，且模拟电路的采集精度更高，模拟电路输入支持真差分双极性电压输入，具有更广泛的应用范围。
4.为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
5.一种usb多隔离型模拟量采集模块，包含通信电路、控制电路和模拟采集电路，其中，所述通信电路通过第一隔离电源给所述控制电路供电并通过第一隔离芯片与所述控制电路通信；所述控制电路通过第二隔离电源给所述模拟采集电路供电并通过第二隔离芯片与所述模拟采集电路通信；外部输入的真差分双极性信号由所述模拟采集电路进行采集。
6.在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一隔离芯片分为第一隔离芯片通信电路侧和第一隔离芯片控制电路侧，所述第一隔离电源分为第一隔离电源通信电路侧和第一隔离电源控制电路侧；所述第二隔离芯片分为第二隔离芯片控制电路侧和第二隔离芯片模拟采集电路侧，所述第二隔离电源分为第二隔离电源控制电路侧和第二隔离电源模拟采集电路侧；
7.所述通信电路包括一用以采集信号显示的pc机、usb
‑
ttl信号转换芯片，所述pc机具有一个usb接口，该usb接口提供usb
‑
5v电源给所述 usb
‑
ttl信号转换芯片的电源端、第一隔离芯片通信电路侧的电源端和第一隔离电源通信电路侧，该usb接口的差分信号通过usb
‑
ttl芯片将差分信号转为ttl电平信号后，输入到第一隔离芯片通信电路侧的信号端；
8.所述控制电路包括mcu模块、ldo4 模块，所述mcu模块的串口通过第一隔离芯片控制电路侧与所述通信电路中的pc机通信并通过第二隔离芯片控制电路侧与所述模拟采集电路通信；第一隔离电源控制电路侧的5v输出接入到第二隔离电源控制电路侧和ldo4 模块的电源输入端，所述ldo4 模块的电源输出端输出的d3.3v输出接到第二隔离芯片控制电路侧的电源端、mcu模块的电源端、第一隔离芯片控制电路侧的电源端；所述mcu模块的spi口接到第二隔离芯片控制电路侧的信号端；
9.所述模拟采集电路包括adc模块、信号衰减&抗混叠滤波器、ldo1 模块、ldo2 模块、ldo3
‑
模块、电荷泵、电压基准模块；第二隔离电源模拟采集电路侧的输出 5v_iso接入到ldo1 模块、ldo2 模块、电荷泵、电压基准模块的电源输入端；ldo1 模块输出的3.3v电源接入到adc模块的数字电源vio端和第二隔离芯片模拟采集电路侧的电源端，ldo2 模块输
出的 a2.5v电源接入到adc模块的模拟电源avdd端和信号衰减&抗混叠滤波器的电源端 ，电荷泵将来自第二隔离电源模拟采集电路侧的 5v_iso转换为
ꢀ‑
5v_iso接到ldo3
‑
模块的电源输入，所述ldo3
‑
模块输出的
‑
2.5v接到adc 模块的ref
‑
端和avss端、信号衰减&抗混叠滤波器的电源端
‑
、电压基准模块输入端，电源基准模块接受来自第二隔离电源模拟采集电路侧的 5v_iso和 ldo3
‑
模块的
‑
2.5v，输出的r2.5v接到adc模块的ref 端，adc模块的 spi口接到第二隔离芯片模拟采集电路侧的信号端；外部输入的真差分双极性信号通过信号衰减&抗混叠滤波器后，进入到adc模块的模拟输入口 ain0
……
ain15。
10.在本实用新型的一个优选实施例中，所述adc模块为高分辨率adc模块，实现真差分，宽电压模拟信号输入。
11.由于采用了如上的技术方案，本实用新型利用数字化隔离技术，电源隔离技术，实现对真差分、宽电压输入模拟量的高精度采集。隔离芯片和隔离电源的应用，有效的提高了系统的采样精度和抗干扰能力。
12.本实用新型利用数字化隔离技术，电源隔离技术，采用高精度adc芯片，特殊的采集数据算法，arm核的mcu，形成一套高精度，抗干扰性强，宽电压范围的数据采集系统。
13.本实用新型具有以下优点：
14.1.采用信号衰减单元和抗混叠滤波器，可以适应宽电压范围信号输入和抗干扰效果，提高数据采集精度。
15.2.采用高精度、差分adc芯片，adc的模拟电源和数字电源分离设计，实现真差分、双极性模拟信号输入。
16.3.采用隔离电源模块，使通信模块、控制模块、模拟采集电路三个部分电源隔离，提高系统的抗干扰性能，提高数据采集精度。
17.4.采用数字隔离芯片，使通信模块、控制模块、模拟采集电路三个部分信号隔离，提高系统的抗干扰性能，提高数据采集精度。
18.5.使用一个usb串口线进行供电和信号传输，实现多通道、精密模拟量测量，简单实用。
附图说明
19.图1为本实用新型usb多隔离型模拟量采集模块的电原理示意图。
具体实施方式
20.以下根据图1，具体说明本实用新型的较佳实施例。
21.如图1所示，本实用新型提供一种usb多隔离型模拟量采集模块，包含通信电路111、控制电路222和模拟采集电路333，其中，通信电路111通过第一隔离电源44给控制电路222供电并通过第一隔离芯片33与控制电路222 通信；控制电路222通过第二隔离电源88给模拟采集电路333供电并通过第二隔离芯片66与模拟采集电路333通信；外部输入的真差分双极性信号由模拟采集电路33进行采集。第一隔离芯片33实现信号隔离目的，同时实现电平转换功能。
22.通信电路111包括用以采集信号显示的pc机11和usb
‑
ttl信号转换芯片22。pc机11具有一个usb接口，该usb接口提供usb
‑
5v电源给usb
‑
ttl 信号转换芯片33的电源端、第一
隔离芯片33通信电路侧的电源端和第一隔离电源44通信电路侧，该usb接口的差分信号usb
‑
data通过usb
‑
ttl 芯片22将差分信号转为ttl电平信号后，输入到第一隔离芯片33通信电路侧的信号端。
23.控制电路222为控制核心，其包括mcu模块55、ldo4 模块77，mcu 模块55串口com通过第一隔离芯片33控制电路侧、usb
‑
ttl芯片22与通信电路111中的pc机11通信并通过第二隔离芯片66控制电路侧与模拟采集电路通信；第一隔离电源44控制电路侧的5v输出接入到第二隔离电源88控制电路侧和ldo4 模块77的电源输入端，ldo4 模块77的电源输出端输出的d3.3v输出接到第二隔离芯片66控制电路侧的电源端v2、mcu模块55 的电源端vcc、第一隔离芯片33控制电路侧的电源端；mcu模块55的spi 口接到第二隔离芯片66控制电路侧的信号端data。
24.模拟采集电路333模拟采集电路使用高分辨率adc，实现真差分，宽电压模拟信号输入。其包括adc模块bb、信号衰减&抗混叠滤波器ff、ldo1 模块99、ldo2 模块aa、ldo3
‑
模块ee、电荷泵cc、电压基准模块dd；第二隔离电源88模拟采集电路侧的输出 5v_iso接入到ldo1 模块99、ldo2 模块aa、电荷泵cc、电压基准模块dd的电源输入端；ldo1 模块99输出的 3.3v电源接入到adc模块bb的数字电源vio端和第二隔离芯片66模拟采集电路侧的电源端v1，ldo2 模块aa输出的a2.5v电源接入到adc模块的模拟电源avdd端和信号衰减&抗混叠滤波器ff的电源端 ，电荷泵cc将来自第二隔离电源88模拟采集电路侧的 5v_iso转换为
‑
5v_iso接到ldo3
‑
模块 ee的电源输入，ldo3
‑
模块ee输出的
‑
2.5v接到adc模块bb的ref
‑
端和 avss端、信号衰减&抗混叠滤波器ff的电源端
‑
、电压基准模块dd输入端，电源基准模块dd接受来自第二隔离电源88模拟采集电路侧的 5v_iso和 ldo3
‑
模块ee的
‑
2.5v，输出的r2.5v接到adc模块bb的ref 端，adc模块bb的spi口接到第二隔离芯片66模拟采集电路侧的信号端data；外部输入的真差分双极性信号通过信号衰减&抗混叠滤波器ff后，进入到adc模块 bb的模拟输入口ain0
……
ain15。
25.尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。