CN104796144A

CN104796144A - 多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置及方法

Info

Publication number: CN104796144A
Application number: CN201510196455.XA
Authority: CN
Inventors: 李刚; 易小清; 宋韶秀; 林凌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: CN104796144B

Abstract

本发明公开了一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置及方法，该采集装置将N路信号经由一路模数转换器采集，具体包括：正交方波控制至少2路开关电路的通断，至少2路被测信号经过开关电路，所述开关电路由模拟开关、电阻和运算放大器组成，所述开关电路实现了双极性正交方波幅度调制；调幅后的不同频率的信号经加法运算电路相加后，由单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；本发明实现了经由单路模数转换器对多路被测信号进行同步采集，且具有电路简单，成本低廉以及测量精确的特点。

Description

多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置及方法

技术领域

本发明涉及信号测量领域，尤其涉及一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置及方法。

背景技术

电压信号等载有信息的变化量，在其自然状态下是以模拟形式表示的，但是，为了便于计算机处理，传输和储存，通常要通过ADC(模数转换器)将其转变为数字信号，因此在信号处理中，模数转换是必不可少的。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的多路信号采集中，通常需采用多片ADC或多路模拟开关搭配单片ADC的方案，前者具有电路复杂，系统功耗高及电路尺寸大的缺点；而后者则会在采集过程中，由于多路开关的切换，引入开关噪声，以及由于多路开关存在建立时间，会导致相邻通道信号之间相互干扰。

发明内容

本发明提供了一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置及方法，本发明通过单路ADC实现对多路信号的模数转换，详见下文描述：

一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置，所述单路同步采集装置包括：微处理器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的正交方波，

所述单路同步采集装置还包括：至少2路开关电路、加法运算电路和单路模数转换器；

正交方波控制至少2路开关电路的通断，至少2路被测信号经过开关电路，所述开关电路由模拟开关、电阻和运算放大器组成，所述开关电路实现了双极性正交方波幅度调制；

调幅后的不同频率或相位的信号经所述加法运算电路相加后，由所述单路模数转换器进行模数转换获得数字信号；

所述微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。

其中，所述微处理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。

一种用于多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置的采集方法，所述方法包括以下步骤：

混合信号由单路模数转换器转换成数字信号送入微处理器；

以2种频率正交方波驱动开关电路、采集4路被测信号进行说明：

所述微处理器输出控制开关电路的正交方波信号频率分别为2倍f、2倍f、1倍f、1倍f，其中同频率方波的相位相差90°，单路模数转换器的采样频率为f_s，且f_s＝8f，并保证在最高频驱动信号的高、低电平中间采样；

采样频率f_S远高于被测信号的变化频率，在最低驱动信号频率的一个周期各路正交方波信号幅值不变，获取被测信号在正半周期和负半周期幅值；以顺序每8个数字信号为一组进行运算，求得被测信号8倍的信号幅值。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明通过正交方波控制开关电路的通断，通过单路模数转换器实现多路被测信号的模数转换，且具有电路简单，成本低廉以及测量精确的优点，满足了实际应用中的多种需要。

附图说明

图1为一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置的结构示意图；

图2为一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集方法的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：开关电路； 2：加法运算电路；

3：单路模数转换器； 4：微处理器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置，参见图1，该单路同步采集装置包括：至少2路开关电路1、加法运算电路2、单路模数转换器3和微处理器4，

微处理器4输出不同频率且成2倍比率关系的正交方波，正交方波控制至少2路开关电路1的通断，N(N>＝2)路被测信号经过开关电路1(该开关电路1由电阻、模拟开关和运算放大器组成)，开关电路1用于实现双极性正交方波幅度调制。调幅后的不同频率或相位的信号经加法运算电路2相加后，由单路模数转换器3进行模数转换获得数字信号。微处理器4对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。

其中，开关电路2的数量大于等于2。具体实现时，开关电路2的数量及具体实现形式根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制。微处理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。

实施例2

一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集方法，参见图2，该方法包括以下步骤：

101：混合信号由单路模数转换器3转换成数字信号送入微处理器4；

102：微处理器4对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。

为简便说明起见以2种频率正交方波驱动开关电路2、采集4路被测信号为例进行说明，假定被测信号V₁、V₂、V₃和V₄对应开关电路的驱动方波频率分别为2f，2f，f，f，且被测信号V₁、V₂对应开关电路1的驱动方波相位相差90°，被测信号V₃、V₄对应开关电路1的驱动方波相位相差90°。

假定单路模数转换器3的采样频率为f_S，且f_S＝8f，并保证在被测信号V₁高、低电平中间采样。

数字信号序列可以表示为：

D_{i}^{t} = D_{i}^{V_{1}} + {D_{i}}^{V_{2}} + D_{i}^{V_{3}} + {D_{i}}^{V_{4}} + D_{i}^{B} - - - (1)

其中，和分别为被测信号V₁、V₂、V₃和V₄幅值，为直流分量幅值。

假定采样频率f_S远高于被测信号的变化频率，在最低驱动信号频率的一个周期可以近似认为各路正交方波信号幅值不变，以最前8个采样数据为例：

\{\begin{matrix} D_{0}^{V 1} = D_{1}^{V 1} = D_{4}^{V 1} = D_{5}^{V 1} = D_{A}^{V 1} \\ D_{2}^{V 1} = D_{3}^{V 1} = D_{6}^{V 1} = D_{7}^{V 1} = D_{8}^{V 1} \\ D_{0}^{V 2} = D_{3}^{V 2} = D_{4}^{V 2} = D_{7}^{V 2} = D_{A}^{V 2} \\ D_{1}^{V 2} = D_{2}^{V 2} = D_{5}^{V 2} = D_{6}^{V 2} D_{B}^{V 2} \\ D_{0}^{V 3} = D_{1}^{V 3} D_{2}^{V 3} = D_{3}^{V 3} = D_{A}^{V 3} \\ D_{4}^{V 3} = D_{5}^{V 3} = D_{6}^{V 3} = D_{7}^{V 3} = 0 \\ D_{0}^{V 4} = D_{1}^{V 4} = D_{6}^{V 4} = D_{7}^{V 4} = D_{A}^{V 4} \\ D_{2}^{V 4} = D_{3}^{V 4} = D_{4}^{V 4} = D_{5}^{V 4} = 0 \\ D_{0}^{B} = D_{1}^{B} = D_{2}^{B} = D_{3}^{B} = D_{4}^{B} = D_{5}^{B} = D_{6}^{B} = D_{7}^{B} = 0 \end{matrix} - - - (2)

其中，和分别为被测信号V₁、V₂、V₃和V₄的正半周期和负半周期幅值，为直流分量的幅值。

换言之，以顺序每8个数字信号为一组进行运算：

D_{8 n + 1} + D_{8 n + 2} - D_{8 n + 3} - D_{8 n + 4} + D_{8 n + 5} + D_{8 n + 6} - D_{8 n + 7} - D_{8 n + 8} = {8 D}_{An}^{V 1} n = 0,1,2 . . . . . . (3)

即得到8倍的V₁信号幅值而且完全消除了直流分量的影响。

D_{8 n + 1} - D_{8 n + 2} - D_{8 n + 3} + D_{8 n + 4} + D_{8 n + 5} - D_{8 n + 6} - D_{8 n + 7} + D_{8 n + 8} = {8 D}_{An}^{V 2} n = 0,1,2 . . . . . . (4)

即得到8倍的V₂信号幅值而且完全消除了直流分量的影响。

D_{8 n + 1} + D_{8 n + 2} + D_{8 n + 3} + D_{8 n + 4} - D_{8 n + 5} - D_{8 n + 6} - D_{8 n + 7} - D_{8 n + 8} = {8 D}_{An}^{V 3} n = 0,1,2 . . . . . . (5)

即得到8倍的V₃信号幅值而且完全消除了直流分量的影响。

D_{8 n + 1} + D_{8 n + 2} - D_{8 n + 3} - D_{8 n + 4} - D_{8 n + 5} - D_{8 n + 6} + D_{8 n + 7} + D_{8 n + 8} = {8 D}_{An}^{V 4} n = 0,1,2 . . . . . . (6)

即得到8倍的V₄信号幅值而且完全消除了直流分量的影响。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置，所述单路同步采集装置包括：微处理器，所述微处理器输出不同频率且成2倍比率关系的正交方波，其特征在于，

所述微处理器对数字信号进行处理，解调出各个被测信号。

2.根据权利要求1所述的一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置，其特征在于，所述微处理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一种。

3.一种用于权利要求1-2中任一权利要求所述的一种多路信号双极性正交方波调制的单路同步采集装置的采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

混合信号由单路模数转换器转换成数字信号送入微处理器；