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一种多通道微弱信号采集电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多通道微弱信号采集电路，用于采集多个传输通道输出的电流信号，包括：用于分别将所述相应的传输通道传输的电流信号转换为电压信号的多个电流电压转换电路、用于将多个所述电流电压转换电路输出的电压信号按时序逐一输出的时分复用电路、用于对所述时分复用电路逐一输出的电压信号进行放大处理的放大电路、用于对经所述放大电路放大后的电压信号进行滤波处理的滤波电路、用于对经所述滤波电路滤波后的电压信号进行采集的采集电路。该多通道微弱信号采集电路中采用时分复用电路将多个电流电压转换电路输出的电压信号输出至放大电路，可有效降低多通道微弱信号采集的成本，简化布线难度、提高布线效率。
【专利说明】—种多通道微弱信号采集电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号采集电路领域，具体涉及一种多通道微弱信号采集电路。
【背景技术】
[0002]微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号，主要指声信号、光信号或电信号等消息强度低，既小又弱，不易被设备感觉、接收的信号。在微弱信号的采集过程中需要对微弱信号进行放大，在微弱信号的采集过程要求放大具有较低的偏移电压、较低的输入开启电流和放大噪声，这些指标决定的微弱信号采集的信噪比和分辨能力，同时也决定其成本。
[0003]当前微弱信号采集电路大都采取以下形式采取:如图1所示，每一微弱信号的采集均经电流/电压转换后再经过放大电路、滤波电路、采集电路进行采集。现有微弱信号的采集均采用多通道采集，将多个通道的采集电路采集到的电信号汇聚在一起(如图2所示)，采取的方法是将多个单通道采集电路的简单复合，通过这种方法采集到的电压值具有一定的噪声，其电压值不稳定且经济上造价较高。

【发明内容】

[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种多通道微弱信号采集电路。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种多通道微弱信号采集电路，用于采集多个传输通道输出的电流信号，包括:
[0006]分别与所述多个传输通道中相应的传输通道相连、用于分别将所述相应的传输通道传输的电流信号转换为电压信号的多个电流电压转换电路；
[0007]与多个所述电流电压转换电路相连、用于将多个所述电流电压转换电路输出的电压信号按时序逐一输出的时分复用电路；
[0008]与所述时分复用电路相连、用于对所述时分复用电路逐一输出的电压信号进行放大处理的放大电路；
[0009]与所述放大电路相连、用于对经所述放大电路放大后的电压信号进行滤波处理的滤波电路；
[0010]与所述滤波电路相连、用于对经所述滤波电路滤波后的电压信号进行采集的采集电路。
[0011 ] 优选地，所述电流电压转换电路包括用于将电流信号转成光信号的光电单元、与所述光电单元相连的用于放大光信号的第一放大单元、与所述第一放大单元相连的用于将放大的光信号转成电压信号的第一反馈电阻单元、与所述第一反馈电阻单元相连的用于放大第一反馈电阻单元输出的电压信号的第二放大单元、和与所述第二放大单元相连的用于对所述第二放大单元放大的电压信号进行滤波处理的滤波单元。
[0012]优选地，所述时分复用电路包括用于产生时基信号的时基电路、用于选择将多个电流电压转换电路输出的电压信号逐一输出至放大电路的输入选通电路、用于将所述时基信号转换成控制所述输入选通电路选择将多个电流电压转换电路的电压信号逐一输出的控制信号的控制电路；所述控制电路分别与所述时基电路和所述输入选通电路相连；所述输入选通电路的输入端与所述电流电压转换电路的输出端相连，输入选通电路的输出端与所述放大电路的输入端相连。
[0013]优选地，所述控制电路与所述输入选通电路通过用于传输所述控制信号的控制总线相连。
[0014]优选地，所述输入选通电路包括通道选择单元，所述通道选择单元设有多个信号通道，所述多个信号通道的输入端分别与相应的电流电压转换电路的输出端相连，所述多个信号通道的输出端均与所述放大电路的输入端相连，且每个信号通道上设有由来自所述控制电路的控制信号控制的多个可控开关。
[0015]优选地，所述输入选通电路还包括译码单元，所述译码单元的输入端与所述控制总线相连，输出端与所述通道选择单元相连，用于将所述控制信号译码处理成用于控制所述多个可控开关的控制指令.。
[0016]优选地，所述控制电路包括一用于实现所述控制电路与所述输入选通电路电平匹配的驱动电路。
[0017]优选地，所述放大电路包括与所述时分复用电路相连的第三放大单元、和与所述第三放大单元相连的用于控制第三放大单元输出电压的第二反馈电阻单元。
[0018]本发明与现有技术相比具有如下优点:实施本发明，采用分别与多个传输通道中相应的传输通道相连的多个电流电压转换电路以将多个传输通道上传输的电流信号转为电压信号输出，再采用时分复用电路以将多个电流电压转换电路输出的多个电压信号逐一输出至放大电路进行归一化处理，经滤波电路处理后输入至采集电路进行采集。该多通道微弱信号采集电路中保留电流电压转换的性能，没有将时分复用电路设置在多个电流信号输出端，以避免时分复用电路的漏电流对输出的电流信号产生影响；采用时分复用电路将多个电流电压转换电路输出的电压信号输出至放大电路，可有效降低多通道微弱信号采集的成本，简化布线难度、提高布线效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0020]图1是现有技术中一通道微弱信号采集电路的原理框图。
[0021]图2是现有技术中多通道微弱信号采集电路的原理框图。
[0022]图3是本发明实施例一中多通道微弱信号采集电路的原理框图。
[0023]图4是本发明实施例一中电流电压转换电路的原理框图。
[0024]图5是本发明实施例一中时分复用电路的原理框图
[0025]图6是本发明实施例一中放大电路的原理框图。
[0026]图中:1、电流电压转换电路；10、光电单元；11、第一放大单元；12、第一反馈电阻单元；13、第二放大单元；14、滤波单元；2、时分复用电路；20、时基电路；21、输入选通电路；211、通道选择单元；212、译码单元；22、控制电路；221、驱动电路；23、控制总线；3、放大电路；30、第三放大单元；31、第二反馈电阻单元；4、滤波电路；5、采集电路。【具体实施方式】
[0027]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0028]图3示出本发明一实施例中的多通道微弱信号采集电路的原理框图。该多通道微弱信号采集电路用于采集多个传输通道输出的电流信号，包括多个电流电压转换电路1、一时分复用电路2、一放大电路3、一滤波电路4和一采集电路5。该多通道微弱信号采集电路采用分别与多个传输通道中相应的传输通道相连的多个电流电压转换电路I以将多个传输通道上传输的电流信号转为电压信号输出，再采用时分复用电路2以将多个电流电压转换电路I输出的多个电压信号逐一输出至放大电路3进行归一化处理，经滤波电路4处理后输入至采集电路5进行采集。该多通道微弱信号采集电路中保留电流电压转换的性能，没有将时分复用电路2设置在多个电流信号输出端，以避免时分复用电路2的漏电流对输出的电流信号产生影响；采用时分复用电路2将多个电流电压转换电路I输出的电压信号输出至放大电路3，可有效降低多通道微弱信号采集的成本，简化布线难度、提高布线效率。
[0029]在一实施例中提供10个传输通道的电流输出至10个电流电压转换电路，其中10个输出至电流电压转换电路中的电流I的值分别为0.5mA, 0.5mA, 0.2mA, 0.06mA, 3mA, 2mA,1mA, 1.2mA, 5.5mA，6mA，本实施例中采用10个电流电压转换电路I，每个电流电压转换电路I分别与前述10个传输通道中相应的传输通道相连、以将相应传输通道上传输的电流信号转换为电压信号Ul输出至时分复用电路2，其中Ul的值分别是5 μ V，5 μ V，2 μ V，0.6 μ V，30 μ V, 20 μ V，10 μ V，12 μ V，55 μ V, 60 μ V。可以理解地，本实施例中微弱信号采集电路中传输通道的数量范围为O?64,相应的，电流电压转换电路I的数量也是O?64个。
[0030]如图4所示，10个电流电压转换电路I将分别电流值为0.5mA, 0.5mA, 0.2mA,
0.06mA, 3mA, 2mA, 1mA, 1.2mA, 5.5mA, 6mA的电流信号经过光电单元10，以将相应的电流信号转成光信号；再经过与光电单元10相连第一放大单元11以放大光信号；第一放大单元11将经放大的光信号通过与其相连的第一反馈电阻单元12以将放大的光信号转成电压信号；第一反馈电阻单元12输出的电压信号通过与其相连的第二放大单元13进行放大处理，再经与第二放大单元13相连的滤波单元14对放大的电压信号进行滤波处理，分别输出电压值为 5 μ V, 5 μ V, 2 μ V, 0.6 μ V, 30 μ V, 20 μ V, 10 μ V, 12 μ V, 55 μ V，60 μ V 的电压信号。
[0031]10个电流电压转换电路I输出的电压信号通过时分复用单元按时序逐一输出至放大电路3。如图5所示，时分复用电路2包括时基电路20、输入选通电路21和控制电路22，控制电路22根据时基电路20输出的时基信号产生控制输入选通电路21将10个电流电压转换电路I输出的电压信号选择逐一输出的控制信号。米用时分复用电路2,可有效降低多通道微弱信号采集的成本，简化布线难度、提高布线效率；将时分复用电路2设置在10个电流电压转换电路I之后，可有效避免时分复用电路2的漏电流对输出的电流信号产生影响。
[0032]具体地，时基电路20用于产生时基信号，提供输入选通电路21进行通道选择的时间间隙(如若时基信号中提供的时间间隔为0.001s，则每隔0.0Ols时分复用电路2进行一次通道选择)，将该时基信号发送至控制电路22。可以理解地，在电路设计过程中需要使时基电路20与控制电路22之间的响应时间满足信号同步的需求。[0033]控制电路22分别与时基电路20和输入选通电路21相连，用于将时基信号转换成控制输入选通电路21选择将多个电流电压转换电路I的电压信号按时序逐一输出的控制信号。具体地，控制电路22与输入选通电路21通过用于传输控制信号的控制总线23相连。控制电路22包括一用于实现控制电路22与输入选通电路21电平匹配的驱动电路221，以实现在采集电路5之前，对其进行归一化处理。
[0034]输入选通电路21用于选择将多个电流电压转换电路I输出的电压信号逐一输出至放大电路3，以有效节省多通道微弱信号采集电路的空间成本并提高其布线效率。输入选通电路21包括通道选择单元211和译码单元212。通道选择单元211设有多个信号通道，多个信号通道的输入端分别与相应的电流电压转换电路I的输出端相连，多个信号通道输出端均与放大电路3的输入端相连，且每个信号通道上设有由来自控制电路22的控制信号控制的多个可控开关。译码单元212的输入端与控制总线23相连，输出端与通道选择单元211相连，用于将控制信号译码处理成用于控制多个可控开关的控制指令。可以理解地，输入选通电路21需要有较低的附加噪声，以避免影响整个多通道微弱信号采集电路的信噪比和分辨能力，进而提高电路成本；同时，需保证其具有较高的带宽兼容性，其带宽兼容范围是0~100K赫兹。
[0035]时分复用电路2工作时，时基电路20生产一个时基信号并传输至控制电路22，控制电路22将该时基信号处理成用于控制通道选择单元211中多个可控开关之一闭合的控制信号，以选择将该可控开关控制的信号通道连通，从而将相应的电流电压转换电路I的电压信号输出。该控制信号经驱动电路221进行电平匹配处理后通过控制总线23传输至译码单元212，译码单元212将控制信号进行译码处理成控制多个可控开关之一闭合的控制指令并发送至通道选择单元211，通道选择单元211根据控制指令控制相应的可控开关闭合，以实现选择该电流电压转换电路I输出的电压信号Ul逐一输出至放大电路3。
[0036]如图6所不, 放大电路3与时分复用电路2相连,用于将时分复用电路2逐一输出的电压信号Ul先经过第三放大单元30进行放大，再由第二反馈电阻单元31进行放大量程调整，形成电压值相同的电压信号U2。例如电压值分别为5 ii V，5 ii V，2 ii V，0.6 ii V，30 ii V，20 u V,10u V，12 u V, 55 u V, 60 u V的电压信号Ul先经过第三放大单元30进行放大，得到电压值分别 ^ 90 u V, 90 u V，80 u V,90u V，90 u V,90u V，75 u V,90u V,90u V 的电压信号，再经过与第三放大单元30相连的用于控制第三放大单元30输出电压的第二反馈电阻单元31进行放大量程调整，形成统一的电压值为90 y V的电压信号U2逐一输出至与放大电路3相连的滤波电路4。
[0037]可以理解地，若时分复用电路2输出的是单端信号，即使用普通的放大器；如果输出的是差分信号，使用的就是差分放大器，使用放大电路3可实现自动调节放大倍数。在当前的微弱信号采集过程中，由于微弱信号通常淹没在噪声中，而噪声的来源具体多样化，导致放大电路的增益较难控制，在本实施例中使用时分复用电路2控制多个电流电压转换电路I的电压信号逐一输出，以使放大电路的增益自动可调。
[0038]滤波电路4将放大电路3输出的电压信号U2进行滤波处理后得到电压信号U3，与滤波电路4相连的采集电路5对电压信号U3进行采集，以完成多通道微弱信号的采集。
[0039]采用本发明提供的多通道微弱信号采集电路，利用电流电压转换电路I可采集微弱电流的单端信号或差分信号；利用时分复用电路2可以将多个电流电压转换电路I输出的电压信号逐一输出至放大电路；以提高电路带负载能力，保证流入负载的电流不至于损坏负载；利用放大电路对输入的电压信号实现放大倍数自动调节；同时该电路还具有成本低、布线方便的优点。
[0040]本发明是通过一个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
【权利要求】
1.一种多通道微弱信号采集电路，用于采集多个传输通道输出的电流信号，其特征在于:包括: 分别与所述多个传输通道中相应的传输通道相连、用于分别将所述相应的传输通道传输的电流信号转换为电压信号的多个电流电压转换电路(1); 与多个所述电流电压转换电路(1)相连、用于将多个所述电流电压转换电路(1)输出的电压信号按时序逐一输出的时分复用电路(2)； 与所述时分复用电路(2)相连、用于对所述时分复用电路(2)逐一输出的电压信号进行放大处理的放大电路(3)； 与所述放大电路(3)相连、用于对经所述放大电路(3)放大后的电压信号进行滤波处理的滤波电路(4)； 与所述滤波电路(4)相连、用于对经所述滤波电路(4)滤波后的电压信号进行采集的采集电路(5)。
2.根据权利要求1所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述电流电压转换电路(I)包括用于将电流信号转成光信号的光电单元(10)、与所述光电单元(10)相连的用于放大光信号的第一放大单元(11)、与所述第一放大单元(11)相连的用于将放大的光信号转成电压信号的第一反馈电阻单元(12)、与所述第一反馈电阻单元(12)相连的用于放大第一反馈电阻单元(12)输出的电压信号的第二放大单元(13)、和与所述第二放大单元(13)相连的用于对所述第二放大单元(13)放大的电压信号进行滤波处理的滤波单元(14)。
3.根据权利要求1所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述时分复用电路(2)包括用于产生时基信号的时基电路(20 )、用于选择将多个电流电压转换电路(I)输出的电压信号逐一输出至放大电路(3 )的输入选通电路(21)、用于将所述时基信号转换成控制所述输入选通电路(21)选择将多个电流电压转换电路(I)的电压信号逐一输出的控制信号的控制电路(22);所述控制电路(22)分别与所述时基电路(20)和所述输入选通电路(21)相连；所述输入选通电路(21)的输入端与所述电流电压转换电路(I)的输出端相连，输入选通电路(21)的输出端与所述放大电路(3)的输入端相连。
4.根据权利要求3所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述控制电路(22)与所述输入选通电路(21)通过用于传输所述控制信号的控制总线(23 )相连。
5.根据权利要求4所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述输入选通电路(21)包括通道选择单元(211)，所述通道选择单元(211)设有多个信号通道，所述多个信号通道的输入端分别与相应的电流电压转换电路(I)的输出端相连，所述多个信号通道的输出端均与所述放大电路(3)的输入端相连，且每个信号通道上设有由来自所述控制电路(22)的控制信号控制的多个可控开关。
6.根据权利要求5所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述输入选通电路(21)还包括译码单元(212)，所述译码单元(212)的输入端与所述控制总线(23)相连，输出端与所述通道选择单元(211)相连，用于将所述控制信号译码处理成用于控制所述多个可控开关的控制指令.。
7.根据权利要求3所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述控制电路(22)包括一用于实现所述控制电路(22)与所述输入选通电路(21)电平匹配的驱动电路(221)。
8.根据权利要求1~7任一项所述多通道微弱信号采集电路，其特征在于:所述放大电路(3)包括与所述时分复用电路(2)相连的第三放大单元(30)、和与所述第三放大单元(30)相连的用于控制第三 放大单元(30)输出电压的第二反馈电阻单元(31)。
【文档编号】G01R19/00GK103792413SQ201410042267
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】罗东红, 黄正宇, 闫正和, 张伟, 唐圣来, 曹琴, 于晓辉, 李四华, 许庆华, 张东平, 高晓飞, 梁卫, 杜河泉 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油(中国)有限公司深圳分公司, 北京蔚蓝仕科技有限公司