[实用新型]一种高精度4-20mA模数转换电路

说明书

本实用新型公开了一种高精度4‑20mA模数转换电路，通过电流电压转换电路将4‑20mA电流信号转化为电压信号；通过基准电压源电路输出不受温度以及电源电压影响的基准信号；通过基准电压放大电路对基准信号进行直流放大；并通过具有高分辨率特点的逐次逼近寄存器型模数转换器根据放大后的基准信号对电压信号进行量化编码，得到数字信号；相比于传统技术，本实用新型具有精度高、抗噪声能力强、精度不受温度影响的优点。

技术领域

本实用新型涉及工业电子领域，具体涉及一种高精度4-20mA模数转换电路。

背景技术

在工业现场，用电压信号来进行长线传输，会产生以下问题：第一，传输线中电压信号的幅度易受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。因此，工业现场常用电流来传输电学信号。4-20mA电流信号为目前最为常见的工业用仪器仪表的传感信号，4mA表示零信号，20mA表示满刻度信号。

4-20mA电流信号提供了较为实用且广泛的工业信号通信方案，然而微处理器和微控制器等处理器仅能处理数字信号，因此需设置电流模拟信号转数字信号的模数转换电路。

在工业电子领域，通常通过对地电阻将电流信号转换为电压信号，并将电压信号接入微处理器或微控制器的内置模数转换器ADC的通道引脚上，由内置模数转换器直接转换为数字信号。由于没有一个精确的参考电压作为ADC的基准电压，模数转换的结果往往是不准确的；且由于温度对集成电路的影响在大范围内是不可忽略的，尤其会影响电源芯片的输出电压，即使是采用目前精度较高的低压差线性稳压器LDO也无法避免，而工业设备在户外或野外的使用环境往往很极端，因此没有一个不受温度以及电源噪声影响的参考电压作为ADC的基准，其转换结果往往不精准，且微处理器或微控制器的内置ADC往往分辨率也不高。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种高精度4-20mA模数转换电路解决了传统技术分辨率不高、抗噪声能力差、准确度易受温度影响的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种高精度4-20mA模数转换电路，包括模拟信号处理片上电路和逐次逼近寄存器型模数转换器U3；

所述逐次逼近寄存器型模数转换器U3的模拟电信号输入端AIN与模拟信号处理片上电路的模拟电压信号输出端连接。所述逐次逼近寄存器型模数转换器U3的基准电压输入端Vref与模拟信号处理片上电路的基准电压输出端连接，所述逐次逼近寄存器型模数转换器U3的数字信号串行输出端Dout作为高精度4-20mA模数转换电路的数字信号输出端；

所述模拟信号处理片上电路包括：电流电压转换电路、基准电压源电路和基准电压放大电路；所述电流电压转换电路用于将4-20mA电流信号转化为电压信号，其输出端作为模拟信号处理片上电路的模拟电压信号输出端；所述基准电压源电路用于输出不受温度以及电源电压影响的基准信号，其的基准电压输出端与基准电压放大电路的输入端连接；所述基准电压放大电路用于对基准信号进行直流放大，其输出端作为模拟信号处理片上电路的基准电压输出端。

本实用新型的有益效果为：通过电流电压转换电路将4-20mA电流信号转化为电压信号；通过基准电压源电路输出不受温度以及电源电压影响的基准信号；通过基准电压放大电路对基准信号进行直流放大；并通过具有高分辨率特点的逐次逼近寄存器型模数转换器，即SAR ADC，根据放大后的基准信号对电压信号进行量化编码，得到数字信号；相比于传统技术，具有精度高、抗噪声能力强、精度不受温度影响的优点。

进一步地，所述电流电压转换电路包括：接地电容C1、接地电阻R1和放大器U1；

所述放大器U1的同相输入端V+分别与接地电阻R1和接地电容C1连接，并输入4-20mA电流信号，其输出端Vo与放大器U1的反相输入端V-连接，并作为电流电压转换电路的输出端，其供电端与VCC电源连接。