CN104634366A - 一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电子技术领域，特别是应用于飞行数据采集系统，涉及一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法，首先将多通道模拟开关21的任意一组输入端接地，作为输入接地通道，然后分别进行抗串扰处理。在使用本发明所述的消除通道间串扰的硬件和方法之前，飞行参数采集系统中经常会出现通道间串扰现象，尤其是n通道为大信号(如28V的直流汇流条电压信号)，n+1通道为小信号(如发动机排气温度，在100mV以内)时，n通道对n+1通道的影响往往可以达到9mV，使采集到的发动机排气温度会偏高近百℃，容易导致发动机超温虚警。采用本发明所述的消除通道间串扰的方法之后，解决了这一难题。

Description

一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别是应用于飞行数据采集系统，涉及一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法。

背景技术

飞行数据采集系统需要采集大量的机上传感器数据，其中模拟电压信号多大几十路。这些模拟电压信号一般要求的采样率不高，所以，一般采用轮询的方式进行采集，即通过多通道模拟开关，每时刻只选择其中一个通道的信号进行采集。

在此架构下，由于模拟开关和后部电路分布电容的存在，导致通道切换时，上通道采集时公共通道分布电容上的残留电荷，会影响下一通道的信号。参考图2(前端电路分解图)举例说明如下：

通道选择前，由于模拟开关都是不导通状态，可以认为差分输入滤波电容[12](以下简称：C1)电压与输入信号电压相同为Ui。在接通瞬间，C1通过多通道模拟开关[21]向模拟开关分布电容[22](以下简称：C2)和差分放大器输入分布电容[31](简称：C3)充电，由于多通道模拟开关[21]导通阻抗很小，所以C1、C2和C3很快就能达到电压平衡。此时，输入信号Ui通过差分输入隔离电阻[11](以下简称：R)给C1、C2和C3充电，直到电容上电压与输入信号电压差值满足精度要求后，方可启动采集，以保证采集的精度。在多通道模拟开关[21]某一通道接通后到启动采集的过程，称之为信号建立过程。

根据上述分析，在模拟开关接通瞬间，C3上的电压为：

$U_{C30}=\frac{C_1\×U_i+C_2\×U_2+C_3\×U_3}{C_1+C_2+C_3}$ ……公式①

注：Ui、U2和U3分别为输入信号电压、C2上的初始电压和C3上的初始电压Uc30为C3信号建立过程初始电压。

信号建立过程主要就是Ui对C1+C2+C3的继续充电。

电容C3充电电压变化随时间的变化公式：

$U_{C3}=(U_i-U_{C30})(1-e^{\frac{-t}{R(C_1+C_2+C_3)}})+U_{C30}=U_i(1-\frac{C_2+C_3}{C_1+C_2+C_3}{e}^{\frac{-t}{R(C_1+C_2+C_3)}})$ …公式②

注：Uc3为C3上的电压值，t为充电时间。

由于上通道信号是变化的，所以U2和U3如果不为0，则对当前通道的信号是有影响的，U2和U3越大，则影响越大。因此，其影响还具有一定的不确定性，表现为，上通道电压高于当前通道电压，则导致当前通道采集值偏高，反之，偏低。

为了消除这种影响，往往需要在采集前留出足够的信号建立时间，以消除上一通道残留电荷的影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的是给出一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的硬件和方法，以解决多通道采集中的通道间串扰。

技术方案：一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法，多通道模拟信号采集电路包括接收差分模拟信号的前端调理电路1，前端调理电路1连接到多路模拟开关2，多路模拟开关2连接到差分放大电路3，差分放大电路3的输出连接到模数转换4，模数转换4连接到采集控制5，采集控制5反馈到多路模拟开关，所述多路模拟开关2包括多通道模拟开关21,多通道模拟开关21一共有m组输入端，每组输入端由两个输入引脚构成，每组输入端在前端调理电路1中连接了由两个差分输入隔离电阻11和一个差分输入滤波电容12构成的RC低通滤波器；

首先将多通道模拟开关21的任意一组输入端接地，作为输入接地通道，然后进行如下步骤：

步骤一：任意采集信号通道n的数据，其中n为任意通道的序号；

步骤二：切换通道到输入接地通道；

步骤三：延时一段时间，该时间根据选用的模拟开关导通阻抗以及模拟开关后端分布电容大小确定；

步骤四：切换到采集信号通道n+1，延时一段时间等待信号建立；

步骤五：采集信号通道n+1的数据；

步骤六：重复步骤二到五，采集后面的信号通道，直至全部采集完成，完成全部串扰的消除。

有益效果：在使用本发明所述的消除通道间串扰的硬件和方法之前，飞行参数采集系统中经常会出现通道间串扰现象，尤其是n通道为大信号(如28V的直流汇流条电压信号)，n+1通道为小信号(如发动机排气温度，在100mV以内)时，n通道对n+1通道的影响往往可以达到9mV，使采集到的发动机排气温度会偏高近百℃，容易导致发动机超温虚警。采用本发明所述的消除通道间串扰的方法之后，解决了这一难题。

附图说明

图1为本发明针对的多通道模拟信号采集电路原理框图；

图2为多通道模拟信号采集电路图；

图3为具有输入接地通道的多通道模拟信号采集电路电路图；

图4为本发明消除通道间串扰的采集算法流程图。

其中，

1 前端调理电路

2 多路模拟开关

3 采集控制

4 模数转换

5 差分放大电路

11 差分输入隔离电阻(简称：R)

12 差分输入滤波电容(简称：C1)

21 多通道模拟开关

22 模拟开关分布电容(简称：C2)

31 差分放大器输入分布电容(简称：C3)

32 差分放大器

具体实施方式

本发明从硬件上，将模拟开关的一个通道接地(差分输入，该通道两个输入端均接地)，输入接地通道，设这个通道为m通道。

从采集算法上，每采集一个信号通道n的数据，则先切换到m通道，将公共通道上的分布电容上的电荷释放掉，然后切换到下一个信号通道n+1进行数据采集。

具体结合附图对发明的一种实施例做进一步详细描述，请参阅图2～图4。

参阅图2，所示为现有前端电路，多通道模拟开关[21]一共有m组输入端，每组输入端由2个输入引脚构成，每组输入端在前端调理电路[1]中连接了由两个差分输入隔离电阻[11]和一个差分输入滤波电容[12]构成的RC低通滤波器。

参阅图3，将多通道模拟开关[21]的任意一组输入端接地，如图3中所示为将第m组输入端(信号AINm通道)接地，作为输入接地通道，

参阅图4，

步骤一：任意采集信号通道n的数据，其中n为任意通道的序号；

步骤二：切换通道到输入接地通道；

步骤三：延时一段时间，该时间根据选用的模拟开关导通阻抗以及模拟开关后端分布电容大小来确定，典型的在导通阻抗小于400欧姆，后端分布电容约为100pF时，延时时间不大于2us；

步骤四：切换到采集信号通道n+1；根据前端R、C1和后端分布电容来确定信号建立的时间，用Acc代表信号建立的精度，根据公式②，应当有在R为300k，C1为10nF，后端分布电容C2+C3为100pF情况下，对于99.5％的精度要求，也即当Acc取值99.5％的情况下，信号建立时间约为2ms；

步骤五：采集信号通道n+1；

步骤六：重复步骤二到五，采集后面的信号通道，直至全部采集完成，完成全部串扰的消除。

在使用本发明所述的消除通道间串扰的硬件和方法之前，飞行参数采集系统中经常会出现通道间串扰现象，尤其是n通道为大信号(如28V的直流汇流条电压信号)，n+1通道为小信号(如发动机排气温度，在100mV以内)时，n通道对n+1通道的影响往往可以达到9mV，使采集到的发动机排气温度会偏高近百℃，容易导致发动机超温虚警。采用本发明所述的消除通道间串扰的方法之后，解决了这一难题。

Claims (1)

1.一种多通道模拟信号采集电路中消除通道间串扰的方法，多通道模拟信号采集电路包括接收差分模拟信号的前端调理电路[1]，前端调理电路[1]连接到多路模拟开关[2]，多路模拟开关[2]连接到差分放大电路[3]，差分放大电路[3]的输出连接到模数转换[4]，模数转换[4]连接到采集控制[5]，采集控制[5]反馈到多路模拟开关，所述多路模拟开关[2]包括多通道模拟开关[21],多通道模拟开关[21]一共有m组输入端，每组输入端由两个输入引脚构成，每组输入端在前端调理电路[1]中连接了由两个差分输入隔离电阻[11]和一个差分输入滤波电容[12]构成的RC低通滤波器；

其特征在于，首先将多通道模拟开关[21]的任意一组输入端接地，作为输入接地通道，然后进行如下步骤：

步骤一：任意采集信号通道n的数据，其中n为任意通道的序号；

步骤二：切换通道到输入接地通道；

步骤三：延时一段时间，该时间根据选用的模拟开关导通阻抗以及模拟开关后端分布电容大小确定；

步骤四：切换到采集信号通道n+1，延时一段时间等待信号建立；

步骤五：采集信号通道n+1的数据；

步骤六：重复步骤二到五，采集后面的信号通道，直至全部采集完成，完成全部串扰的消除。