用于信号输出的电路及装置的制作方法

1.本技术涉及信号输出技术领域，例如涉及一种用于信号输出的电路及装置。


背景技术：

2.目前，工业上一般仪器仪表的电流信号均为4-20ma，即最小电流为4ma，最大电流为20ma的电流信号。并且，不仅仅是各类传感器模块会输出4-20ma的电流信号，在很多实验室场景下，用户也会要求厂家将各类采集到的物理信息，例如温度，湿度等，以4-20ma电流信号的形式变送出来，并用第三方设备进行检测。这时候就需要设计一种板载4-20ma电流信号的电路，且要求稳定，精度高。
3.相关技术公开了一种具有高精度可自检的4-20ma输出电路，包括cpu控制电路、信号转换电路、压控恒流源电路、输出电路和闭环反馈电路，cpu控制电路的d/a输出端连接到信号转换电路；信号转换电路连接到压控恒流源电路；压控恒流源电路连接到输出电路和闭环反馈电路；闭环反馈电路连接到cpu控制电路的a/d输入端，用于将处理后的信号通过a/d输入端输入至cpu控制电路，cpu控制电路还用于对接收到的闭环反馈电路反馈的信号进行运算处理，将处理得到的数据与期望值进行精度比对，并根据对比结果动态调整其d/a输出。实现了a/d反馈自检，动态调整最终输出信号，使得最终输出稳定且高精度的4-20ma电流信号。
4.在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
5.采用相关技术，虽然通过a/d反馈自检，动态调整最终的输出信号，使得最终输出相对稳定且高精度的4-20ma电流信号。但是，由于运放电路本身稳定性较差，当元件长时间工作时会产生温度漂移，导致误差随着时间逐渐增大。因此，在温度出现波动的情况下，采用相关技术输出的结果仍然存在误差。


技术实现要素：

6.为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
7.本公开实施例提供一种用于信号输出的电路及装置，以避免电路元件长时间工作产生温度漂移，导致输出信号的误差随着时间逐渐增大的情况，提高信号输出电路的稳定性。
8.在一些实施例中，所述用于信号输出的电路包括：单片机；前级电路，包括数模转换芯片，数模转换芯片与单片机连接，用于接收单片机的数据并输出电压信号；后级电路，包括电流源芯片，电流源芯片与数模转换芯片连接，用于接收前级电路输出的电压信号并输出电流信号。
9.可选地，数模转换芯片与单片机采用iic通信协议传输数据。
10.可选地，数模转换芯片为dac5571芯片，电流源芯片为xtr111芯片。
11.可选地，xtr111芯片的电压输入引脚与dac5571芯片的电压输出引脚连接，用于接收dac5571芯片输出的电压信号。
12.可选地，dac5571芯片的串行数据引脚和串行时钟引脚与单片机连接。
13.可选地，xtr111芯片的参考电阻引脚通过第五电阻接地。
14.可选地，dac5571芯片还包括：片选引脚，接地；接地引脚，接地；供电引脚，接入第一电压，供电引脚和接地引脚之间通过第四电容连接。
15.可选地，xtr111芯片还包括：电流输出引脚(is)，连接第二电阻，第二电阻的一端连接三极管的集电极，另一端连接三极管的基极；栅极驱动引脚，连接三极管的发射极和mos管的栅极，mos管的源极连接三极管的基极，mos管的漏极连接稳压二极管的正极和第一电阻，第一电阻连接电流输出端，稳压二极管的负极连接第二电压；稳压二极管的正极通过第一电容接地，第一电容连接电流检测端。
16.可选地，xtr111芯片还包括：输出失能引脚，接地；第一接地引脚，接地；第二接地引脚，接地；故障输出引脚，悬空；正供电引脚，接入第二电压，正供电引脚分别通过第二电容和第三电容接地；电压器调节引脚，连接第三电阻和第四电阻，第四电阻另一端接地；电压输出引脚，接入第三电压，连接第三电阻的另一端，并通过第五电容接地。
17.在一些实施例中，所述装置包括：上述的用于信号输出的电路。
18.本公开实施例提供的用于信号输出的电路及装置，可以实现以下技术效果：
19.单片机依次连接前级电路和后级电路，前级电路采用数模转换芯片，后级电路采用电流源芯片，单片机将数字量输送至数模转换芯片，数模转换芯片接收数字量数据，并输出电压信号，接着电流源芯片接收数模转换芯片输出的电压信号并输出稳定的电流信号。通过单片机、数模转换芯片和电流源芯片组成信号输出电路，集成度较高，避免了电路元件长时间工作产生温度漂移，导致输出信号的误差随着时间逐渐增大的情况，提高了信号输出电路的稳定性。
20.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
21.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
22.图1是本公开实施例提供的一个用于信号输出的电路的结构示意图；
23.图2是本公开实施例提供的另一个用于信号输出的电路的结构示意图；
24.图3是本公开实施例提供的另一个用于信号输出的电路的结构示意图；
25.图4是本公开实施例提供的另一个用于信号输出的电路的结构示意图。
26.附图标记：
27.mcu：单片机；vin：电压输入引脚；vout：电压输出引脚；sda：串行数据引脚；sck：串行时钟引脚；a0：片选引脚；gnd：接地引脚；vdd：供电引脚；is：电流输出引脚；vg：栅极驱动引脚；od：输出失能引脚；set：参考电阻引脚；gnd1：接地引脚；gnd2：接地引脚；故障输出引脚；vsp：正供电引脚；regs：电压器调节引脚；regf：电压输出引脚；r1：第一电阻；r2：第二电阻；r3：第三电阻；r4：第四电阻；r5：第五电阻；r6：第六电阻；q1：mos管；q2：三极管；d1：
稳压二极管；c1：第一电容；c2：第二电容；c3：第三电容；c4：第四电容；c5：第五电容。
具体实施方式
28.为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
29.本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
30.本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
31.另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
32.除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
33.本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
34.术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，表示：a或b，或，a和b这三种关系。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.结合图1-4所示，本公开实施例提供一种用于信号输出的电路，包括单片机mcu、前级电路和后级电路。前级电路包括数模转换芯片，数模转换芯片与单片机mcu连接，用于接收单片机mcu的数据并输出电压信号；后级电路包括电流源芯片，电流源芯片与数模转换芯片连接，用于接收前级电路输出的电压信号并输出电流信号。
37.采用本公开实施例提供的用于信号输出的电路，单片机mcu依次连接前级电路和后级电路，前级电路采用数模转换芯片，后级电路采用电流源芯片，单片机mcu将数字量输送至数模转换芯片，数模转换芯片接收数字量数据，并输出电压信号，接着电流源芯片接收数模转换芯片输出的电压信号并输出稳定的电流信号。通过单片机mcu、数模转换芯片和电流源芯片组成信号输出电路，集成度较高，避免了电路元件长时间工作产生温度漂移，导致输出信号的误差随着时间逐渐增大的情况，提高了信号输出电路的稳定性。
38.可选地，数模转换芯片与单片机mcu采用iic通信协议传输数据。
39.这样，通过iic通信协议连接数模转换芯片与单片机mcu，单片机mcu传输的数据为可以是0-255中的任意数值。
40.可选地，数模转换芯片为dac5571芯片，电流源芯片为xtr111芯片。
41.这样，单片机mcu依次连接dac5571芯片和xtr111芯片，单片机mcu将数字量输送至dac5571芯片，dac5571芯片接收数字量数据，并输出电压信号，接着xtr111芯片接收dac5571芯片输出的电压信号并输出稳定的电流信号。通过单片机mcu、dac5571芯片和xtr111芯片组成信号输出电路，集成度较高，避免了电路元件长时间工作产生温度漂移，导致输出信号的误差随着时间逐渐增大的情况，提高了信号输出电路的稳定性。
42.可选地，xtr111芯片的电压输入引脚vin与dac5571芯片的电压输出引脚vout连接，用于接收dac5571芯片输出的电压信号。
43.其中，xtr111芯片的电压输入引脚vin与dac5571芯片的电压输出引脚vout通过第六电阻r6连接。
44.这样，dac5571芯片通过电压输出引脚vout将电压输出至xtr111芯片，从而通过xtr111芯片将电压信号转换为电流信号，以满足工业仪器仪表的需求。
45.可选地，dac5571芯片的串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck与单片机mcu连接。
46.这样，dac5571芯片通过串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck与单片机mcu连接，并通过串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck进行单片机mcu和dac5571芯片间的数据传输，使得单片机mcu自身不需要带有数模转换功能，从而使得信号输出电路可以匹配任何型号的单片机mcu。由于市面上很多低成本芯片是不能直接输出数模转换信号，因此，采用dac5571芯片通过串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck与单片机mcu连接匹配所有型号的单片机，能够极大地增强信号输出电路的适用性，并降低了信号输出的成本。
47.可选地，xtr111芯片的参考电阻引脚set通过第五电阻r5接地。
48.这样，由于xtr111芯片的电压输入引脚vin与dac5571芯片的电压输出引脚vout连接，接收dac5571芯片输出的电压信号。参考电阻引脚set通过第五电阻r5接地，使得xtr111芯片能够根据第五电阻的阻值共同确定xtr111芯片输出的电流信号的大小，即通过参考电阻和输入的电压共同起作用来决定输出的电流值。
49.可选地，数模转换芯片还包括片选引脚a0、接地引脚gnd、供电引脚vdd。
50.接地引脚gnd，接地。
51.片选引脚a0，接地。
52.供电引脚vdd，接入第一电压，供电引脚vdd和接地引脚gnd之间通过第四电容c4连接。
53.其中，第一电压为5v，片选引脚a0接gnd芯片地址为0，接高电平芯片地址为1。
54.这样，电压输出引脚vout受供电引脚vdd影响，供电引脚vdd接入的第一电压为电压输出引脚vout所输出的电压的上限。例如，第一电压可以设置为5v，则电压输出引脚vout输出范围为0-5v。
55.可选地，xtr111芯片还包括电流输出引脚is和栅极驱动引脚vg。
56.电流输出引脚is，连接第二电阻r2，第二电阻r2的一端连接三极管q2的集电极，另一端连接三极管q2的基极。
57.栅极驱动引脚vg，连接三极管q2的发射极和mos管q1的栅极，mos管q1的源极连接三极管q2的基极，mos管q1的漏极连接稳压二极管d1的正极和第一电阻r1，第一电阻r1连接电流输出端，稳压二极管d1的负极连接第二电压；稳压二极管d1的正极通过第一电容c1接地，第一电容c1连接电流检测端。
58.其中，mos管q1为p沟道mos管，三极管q2为pnp三极管。
59.这样，xtr111芯片通过电流输出引脚is输出工业仪器仪表所需的电流信号。具体的根据参考电阻，即第五电阻的阻值输出电流信号。并根据栅极驱动引脚vg，驱动外部连接的mos管q1。mos q1管控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的p型导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的，从而使xtr111芯片输出电流信号。
60.可选地，xtr111芯片还包括：输出失能引脚od，第一接地引脚gnd1，第二接地引脚gnd2，故障输出引脚正供电引脚vsp，电压器调节引脚regs和电压输出引脚regf。
61.输出失能引脚od，接地。
62.第一接地引脚gnd1，接地。
63.第二接地引脚gnd2，接地。
64.故障输出引脚悬空。
65.正供电引脚vsp，接入第二电压，正供电引脚vsp分别通过第二电容c2和第三电容c3接地。
66.电压器调节引脚regs，连接第三电阻r3和第四电阻r4，第四电阻r4另一端接地。
67.电压输出引脚regf，接入第三电压，连接第三电阻r3的另一端，并通过第五电容c5接地。
68.其中，输出失能引脚od需要连接到第一接地引脚gnd1和第二接地引脚gnd2激活输出。故障输出引脚在有故障时候能够输出高电平信号，这里将故障输出引脚悬空。电压输出引脚regf能够用来给其他dac芯片或其他传感器供电。电压器调节引脚regs用于调节电压输出引脚regf的输出。
69.这样，信号输出电路中的第二电压为24v，也可以为7v～44v中任意数值，例如24v，12v，或者9v。信号输出电路中的第三电压为5v，由xtr111芯片输出，不由外部提供。第三电压5v最大提供5ma电流，可以用来给其他dac芯片供电，也可以不用。信号输出电路中，p沟道mos管q1使用si2309芯片，pnp三极管q2使用ss8550芯片。上述两个芯片均使用sot-23-3封装，信号输出电路体积较小，并且通过dac5571芯片电压输出引脚vout输入的0-5v电压信号，可以对应线性输出0-25ma的电流信号，仅需要调节参考电阻的阻值即可输出满足工业仪器仪表需求的电流信号。
70.可选地，用于信号输出的电路还包括：控制模块。
71.控制模块，被配置为控制单片机mcu输出于41-204的数字量等效的电平信号。
72.这样，上述用于信号输出的电路可以稳定的输出4-20ma的电流信号，供工业用仪器仪表使用。
73.在实际使用过程中，前级电路为dac5571芯片，dac5571芯片的串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck与单片机相连，采用iic通信。其输入可为0-255之间的任意数字量，电压输出引脚vout输出为0-5v电压信号。上述的0-5v电压信号作为xtr111芯片的输入电压信
号，输出的电流信号i＝10
×
(vin/rset)，其中，rset为参考电阻，即第五电阻r5＝2kω，vin为dac5571芯片电压输出引脚vout输入至xtr111芯片的电压输入引脚vin的0-5v的输入电压信号，电流信号输出为0-25ma。
74.由于工业上上仪器仪表的电流信号一般都为4-20ma的电流信号，为了得到4-20ma的电流信号，可以控制dac5571芯片输出0.8-4v电压即可，即只需要单片机mcu向dac5571芯片输入41-204数字量即可。因为恒流源芯片即xtr111芯片本身的输入输出具备线性关系，因此可以根据需要输出的电流信号的大小按比例确定输入的电压信号大小，从而确定dac5571芯片需要的数字量大小。
75.其中，将后级电流输出的电流信号与前级输入信号关联起来，即每增加或者减小1ma电流信号仅需要增加或者减小10.24数字量(0-255一共256个值，256/25＝10.24)即可。
76.具体的，需要输出4ma的电流信号，仅需要单片机mcu通过串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck向dac5571芯片输入41数字量即可，这样，dac5571芯片通过电压输出引脚vout输入至xtr111芯片的电压输入引脚vin的电压信号的大小为u＝5/256
×
41＝0.8v，而上述的0.8v的电压信号作为xtr111芯片的输入电压信号，输出的电流信号的大小为i＝10
×
(0.8/2000)＝0.4ma。
77.同样的，倘若要输出的电流信号的大小增加1ma，即需要输出5ma的电流信号，仅需要单片机mcu通过串行数据引脚sda和串行时钟引脚sck向dac5571芯片输入41 10.24＝51.24的数字量即可，这样，dac5571芯片通过电压输出引脚vout输入至xtr111芯片的电压输入引脚vin的电压信号的大小为u＝5/256
×
51.24＝1v，而上述的1v的电压信号作为xtr111芯片的输入电压信号，输出的电流信号的大小为i＝10
×
(1/2000)＝5ma。因此，仅需要增加或者减小10.24的数字量，即可改变1ma的电流信号大小。
78.本公开实施例还公开了一种信号输出装置，包括上述的用于信号输出的电路。
79.这样，由于上述用于信号输出的电路通过单片机mcu、数模转换芯片和电流源芯片组成信号输出电路，集成度较高，避免了电路元件长时间工作产生温度漂移，导致输出信号的误差随着时间逐渐增大的情况，提高了信号输出电路的稳定性。因此，通过包含上述用于信号输出的电路的装置进行电流信号输出，可以实现稳定输出4-20ma的电流信号。
80.以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。