模拟信号差分传输系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种模拟信号差分传输系统，属于电子电路、模拟信号运算处理电路与传输电路领域。多输入多输出加减运算器由多个相同的信号叠加放大器与一个共模信号测算电路构成闭环并形成负反馈；信号叠加放大器的外接信号输入端接为运算器的自然信号输入端，信号叠加放大器的信号输出端接为运算器的差模信号输出端；共模信号测算电路的偏置输入端接为运算器的偏置信号输入端、信号输出端接为运算器的共模信号输出端。模拟信号差分传输系统由两个双通道多输入多输出加减运算器通过差分传输线级联构成，偏置信号输入端接地。多输入多输出加减运算器及其模拟信号差分传输系统有着广泛的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
模拟信号差分传输系统
本技术涉及一种多输入多输出加减运算器及其模拟信号差分传输系统，特别是采用具有多个输入信号与多个输出信号、运算功能多样的加减运算器与具有高抗干扰能力的模拟信号差分传输系统，属于电子电路、模拟信号运算处理电路与传输电路。
技术介绍
一般的模拟信号的传输由发送端、传输线、接收端构成，如图1所示；输入信号通常为电压信号，如图2a所示，由于环境的电磁干扰，接收端收到的信号会有失真，图2b所示，特别是长距离传输且在强电磁干扰环境里，接收到的信号相比发送的信号会有严重的失真。通常解决模拟信号传输失真的方法有两个，其一：当干扰信号的频率范围与工作信号的频率范围不重叠时采用滤波的方法即可在接收端消除干扰信号，恢复原始信号，这种方法是从污染的信号透析出原始信号，缺点是当干扰信号的频率范围与工作信号的频率范围重叠时原始信号无法恢复；其二：采用差分传输方式，这种方式不受干扰信号频率范围的限制，但需要用到信号互补对称输出的放大器和减法器，而当采用输入转换与输出转换通用的电路时就需要用到具有共模信号与差模信号分离功能的多输入多输出加减运算器。另外，在模拟信号处理系统中也常用到共模信号与差模信号分离放大电路实现差模信号和共模信号的测算，但目前共模差模分离放大器电路结构复杂，实现高精度运算较为困难。还有，模拟信号系统能处理的信号通常比较简单，没有功能较强的运算电路，特别是在处理三相电路的信号时通常采用结构复杂的多级复合电路实现。而对于四相及以上的多相信号，由于没有合适的模拟信号处理电路，往往采用成本高昂结构复杂的数字系统实现。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：1、具有结构简单对称、使用灵活方便的多输入多输出加减运算器；2、具有多个自然输入信号和一个偏置信号输入、多个差模输出信号和一个共模输出信号的加减运算电路；3、利用双通道多输入多输出加减运算器构成高性能的模拟信号差分传输系统。本技术提供了一种多输入多输出加减运算器及其模拟信号差分传输系统。本技术所要解决的技术问题是通过下述技术方案实现的。一种多输入多输出加减运算器，有一组自然信号输入端、一个偏置信号输入端、还有一组与自然信号输入端相等数量的差模信号输出端和一个共模信号输出端；多输入多输出加减运算器由两个、三个或三个以上相同的信号叠加放大器和一个共模信号测算电路组成；而每个信号叠加放大器有一个外接信号输入端、一个内联信号输入端和一个信号输出端，共模信号测算电路有与信号叠加放大器数量相等的信号输入端、一个偏置输入端和一个信号输出端；信号叠加放大器的外接信号输入端接为多输入多输出加减运算器的自然信号输入端，信号叠加放大器的内联信号输入端接共模信号测算电路的信号输出端，信号叠加放大器的信号输出端接为多输入多输出加减运算器的差模信号输出端；共模信号测算电路的信号输入端分别接信号叠加放大器的信号输出端，共模信号测算电路的偏置输入端接为多输入多输出加减运算器的偏置信号输入端，共模信号测算电路的信号输出端接为多输入多输出加减运算器的共模信号输出端；所有的信号叠加放大器均采用结构与参数相同的减法电路或反相加法电路，共模信号测算电路将信号输入端的输入信号均值与偏置输入端的偏置信号求差再进行高倍放大后输出；多输入多输出加减运算器结构对称，共模信号测算电路与信号叠加放大器构成闭环并形成负反馈。共模信号测算电路由运算放大器和电阻组成，运算放大器的反相输入端通过电阻或直接接为共模信号测算电路的偏置输入端，运算放大器的同相输入端分别通过阻值相等的电阻接共模信号测算电路的信号输入端，运算放大器的输出端接为共模信号测算电路的信号输出端。信号叠加放大器采用减法电路，由运算放大器和电阻构成，运算放大器的同相输入端通过电阻或直接接为信号叠加放大器的外接信号输入端，运算放大器的反相输入端通过电阻接信号叠加放大器的内联信号输入端、同时通过另一个电阻接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接为信号叠加放大器的信号输出端。信号叠加放大器采用反相加法电路，由运算放大器和电阻构成，运算放大器的同相输入端通过电阻或直接接地，运算放大器的反相输入端通过电阻或直接接为信号叠加放大器的外接信号输入端、并通过电阻接信号叠加放大器的内联信号输入端、还通过另一个电阻接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接为信号叠加放大器的信号输出端。信号叠加放大器采用加减法电路，由运算放大器和电阻构成，运算放大器的同相输入端通过电阻或直接接所述的多输入多输出加减运算器的偏置信号输入端或另一组自然信号输入端，运算放大器的反相输入端通过电阻或直接接为信号叠加放大器的外接信号输入端、并通过电阻接内联信号输入端、同时还通过另一个电阻接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接为信号叠加放大器的信号输出端。一种包含多输入多输出加减运算器的模拟信号差分传输系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；模拟信号差分传输系统由两个多输入多输出加减运算器和差分传输线组成，两个多输入多输出加减运算器采用由两个信号叠加放大器构成的双通道多输入多输出加减运算器，双通道多输入多输出加减运算器有两个自然信号输入端、一个偏置信号输入端、两个差模信号输出端和一个共模信号输出端；差分传输线由两根信号线与一根公共接地线组成，两个双通道多输入多输出加减运算器分别作为系统发送端的差模信号生成器和系统接收端的共模差模信号分离器；作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置输入端和一个自然信号输入端接地、另一个自然信号输入端作为模拟信号差分传输系统的信号输入端，作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的两个差模信号输出端分别通过差分传输线的两根信号线连接作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的两个自然信号输入端，作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置信号输入端接地、两个差模信号输出端中的任意一个作为模拟信号差分传输系统的信号输出端；模拟信号差分传输系统发送端的接地与接收端的接地通过差分传输线的公共接地线连接，差分传输线的两根信号线紧挨在一起走线或者差分传输线的两根信号线与一根公共接地线三根线紧挨在一起走线。具有多个自然信号输入端、一个偏置信号输入端、多个差模信号输出端和一个共模信号输出端的多输入多输出加减运算器由信号叠加放大器和共模信号测算放大电路组成，其框图如图3、图4所示。每个信号叠加放大器有两个或三个输入端，其中一个输入端接共模信号测算放大电路的输出端，其余输入端为自然信号输入端，信号叠加放大器的输出端接为差模信号输出端；共模信号测算放大电路有一个输入端为偏置信号输入端，其余的输入端分别接信号叠加放大器的输出端。共模信号测算放大电路将输入的差模信号取平均值后与偏置信号进行比较，由于共模信号测算放大电路的运放具有极高的放大倍数，共模信号测算放大电路与信号叠加放大器构成闭环并形成负反馈，且共模信号测算放大电路输出有限大小的信号，差模信号平均值的大小与偏置信号大小趋于一致，多输入多输出加减运算器差模信号输出端输出与本侧输入信号减去其余输入信号平均值之差成正比的差模信号。而当多输入多输出加减运算器为双通道电路时两个差模输出信号互补对称，即大小相等、极性相反。由此双通道多输入多输出加减运算器可以作为模拟信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟信号差分传输系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；其特征在于：模拟信号差分传输系统由两个多输入多输出加减运算器和差分传输线组成，两个多输入多输出加减运算器采用由两个信号叠加放大器构成的双通道多输入多输出加减运算器，双通道多输入多输出加减运算器有两个自然信号输入端、一个偏置信号输入端、两个差模信号输出端和一个共模信号输出端；差分传输线由两根信号线与一根公共接地线组成，两个双通道多输入多输出加减运算器分别作为系统发送端的差模信号生成器和系统接收端的共模差模信号分离器；作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置输入端和一个自然信号输入端接地、另一个自然信号输入端作为模拟信号差分传输系统的信号输入端，作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的两个差模信号输出端分别通过差分传输线的两根信号线连接作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的两个自然信号输入端，作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置信号输入端接地、两个差模信号输出端中的任意一个作为模拟信号差分传输系统的信号输出端；模拟信号差分传输系统发送端的接地与接收端的接地通过差分传输线的公共接地线连接，差分传输线的两根信号线紧挨在一起走线或者差分传输线的两根信号线与一根公共接地线三根线紧挨在一起走线。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟信号差分传输系统，有一个信号输入端和一个信号输出端；其特征在于：模拟信号差分传输系统由两个多输入多输出加减运算器和差分传输线组成，两个多输入多输出加减运算器采用由两个信号叠加放大器构成的双通道多输入多输出加减运算器，双通道多输入多输出加减运算器有两个自然信号输入端、一个偏置信号输入端、两个差模信号输出端和一个共模信号输出端；差分传输线由两根信号线与一根公共接地线组成，两个双通道多输入多输出加减运算器分别作为系统发送端的差模信号生成器和系统接收端的共模差模信号分离器；作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置输入端和一个自然信号输入端接地、另一个自然信号输入端作为模拟信号差分传输系统的信号输入端，作为差模信号生成器的双通道多输入多输出加减运算器的两个差模信号输出端分别通过差分传输线的两根信号线连接作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的两个自然信号输入端，作为共模差模信号分离器的双通道多输入多输出加减运算器的偏置信号输入端接地、两个差模信号输出端中的任意一个作为模拟信号差分传输系统的信号输出端；模拟信号差分传输系统发送端的接地与接收端的接地通过差分传输线的公共接地线连接，差分传输线的两根信号线紧挨在一起走线或者差分传输线的两根信号线与一根公共接地线三根线紧挨在一起走线。2.按权利要求1所述的模拟信号差分传输系统，其特征在于：所述的多输入多输出加减运算器，有一组自然信号输入端、一个偏置信号输入端、还有一组与自然信号输入端相等数量的差模信号输出端和一个共模信号输出端，多输入多输出加减运算器由两个、三个或三个以上相同的信号叠加放大器和一个共模信号测算电路组成；而每个信号叠加放大器有一个外接信号输入端、一个内联信号输入端和一个信号输出端，共模信号测算电路有与信号叠加放大器数量相等的信号输入端、一个偏置输入端和一个信号输出端；信号叠加放大器的外接信号输入端接为多输入多输出加减运算器的自然信号输入端，信号叠加放大器的内联信号输入端接共模信号测算电路的信号输出端，信号叠加放大器的信号输出端接为多输入多输出加减运算器的差模信号输出端；共模信号测算电路的信号输入端分别接信号叠加放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，周子楠，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：新型
国别省市：上海,31