模拟量输入电路

文件编号：ICBB-HW-11-05

CBB规范

模拟量输入电路

(VER:V2.0)

拟制：专时间：2010-12-08

批准：宏时间：2010-02-17

文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般

1 功能介绍

本电路实现输入电压0~10V或者电流0~20mA的模拟量信号转换为CPU可以直接测量的0~3V电压信号，此电路在原一代产品电路的基础上做了进一步优化设计，其抗干扰能力显著提高。

2 详细原理图

电路原理图

工作原理说明：

外部模拟量信号从AI1端口输入，首先经过安规电容C1和磁珠L1,可有效防止线路上的浪涌电流电压进入后端电路。如果输入的是电流信号，需将J1的2、3脚短接，电流流过电阻R3和R4，在电阻R8端可得到０~10V的电压信号,如果外部电压过高(超过15V)或者过低(少于0V)，二极管D1可以发生钳位作用，保证电压在-1V~16V之间。

输入信号接到运放TL082的同相端，电压跟随输出到ATI-IN端口，电压幅值不变仍然是0~10V，电阻R10和R11构成分压关系输出0~3.0V的电压信号。二极管D2同样是起电压钳位作用，保证输出电压在-1.0~4.0V之间，有效保护CPU。

3 器件功能

❖磁珠L1，防止浪涌输入，可有效抑制EMI与RFI，提高抗干扰能力；

❖电容C1，安规电容防止浪涌电压，保护后端电路；

❖功率电阻R3～R7，降压限流，防止流过电流过大损坏器件；

❖电容C2与磁珠L1对输入信号进行LC滤波；

❖二极管D1～D2，对信号进行电压钳位，防止电压过高或者过低；

❖电容C3、C4、C7、C8、C9、C10滤波电容，消除输入信号的尖峰和毛刺；

❖电容C5，加速电容，提高输入电路的响应能力。

❖电阻R2、R9，下拉电阻。

❖运放U1，电压跟随器。

❖电阻R3、R4，短接片J1，输入为电流信号时J1短接2，3脚，电流流过R8、R9并产生对应的电压信号；

❖ 电阻R8限流电阻，此电阻大小影响运放的输出能力；

❖ 电阻R10、R11，将运放端输出的信号进行分压输出0~3.0v 到控制器。

4 参数计算

在设计电路参数时，应兼顾以下因素：1、对外部输入信号进行抗干扰处理；2、输入信号值限幅。

4.1 安规电容C1的选择：

防静电，理论上能有几百伏耐压值即可，考虑到公司常用元件中最接近的器件，所以选择2KV/1nF 的电容。

4.2 磁珠L1、电容C2的选取：

选择10μH 感值，其高频阻抗为500±25%，C2选100pF 的片状电容，时间常数为

==LC t 1us.

4.3 电阻R3、R4的选取。

0~20mA 电流输入，对应电压输入时0~10V ，则有V ATI /R 的值在0~20mA 之间，则有R=500欧。

所以采用两个R3=R4=1k 并联。 4.4 电阻R5、R6、R7的选取:

模拟量输入阻抗通常为20K ，所以R1、R2取值10K,Rf=R5+R6=20k ，以满足平衡条件。 4.5 R2、R9的选取：

电路中R2与R9为下拉电阻，R2在没有输入时给运放提供一个固定的输入电平，R9下拉到地，在运放损坏时提供一个稳定的输出电平，同时给C9提供一个电荷泄放通道，其取值无特别要求，此处选R2=20K,R9=5.1K 。 4.6 电阻R8的选取：

R8串联在运放输出端主要起到限流，保护运放在输出短路时不被烧坏，其值一般在100欧~10k ，此处不宜过大，选100欧。 4.7 二极管D1～D2：

由于此处二极管的电流和工作电压小，此处选公司的优选器件MMBD7000LT1。 4.8 电阻R10、R11的选取：

电阻R10与R11串联构成分压电路，使运放端输出0~10V ，需要转换成0~3.0V 。则有：

10

1111

R R R V V ATI

IN ATI +=-要在0~3.0V, V ATI 为输入电压，此处取R10=5.1k ，R11=2.2k ，

满足设计要求

4.9 电容C3，C4，C7，C8，C9，C10的选取：

C3、C4与R10一起构成惯性虑波环节，用于抑制干扰，这里选用C3选0.1uF 电容，C4选1nF ，分别抑制低频与高频干扰。C7、C8为15V 电源滤波电容，提供电流纹波对地通道，保持电源输出信号的纯洁，选用最常用的0.1uF 片状电容，C9，C10分别选100p 与20P 滤波电容与R10并联，吸收不同频段反射信号，消除干扰。 4.10 运放U1的选取：

电路工作电压在20V 以下，选用我司优选器件双单元运放TL082CDR. 5 器件清单

6 关键器件资料

MMBD7000LT1-D.pdf tl081a.pdf