CN105277824A - 一种多通道采集接口在线自检测电路及方法 - 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的多通道采集接口在线自检测电路及方法。本发明在多通道模拟信号采集电路的多路模拟开关差分输出端上增加测试电路。通过采集控制模块设置测试电路单刀三掷模拟开关的不同状态，将不同状态下采集到的被检测通道的信号电压值进行计算，比较计算结果与理论值的偏差，即可以确定接口电路是否故障。接口电路失效模式，如电阻的开路、短路和参数漂移等都可以通过本发明的方法检测出。本发明可有效的提高对接口电阻网络的自检测能力，尤其对于采用多路开关进行多通道信号采集的系统中，可以在实现接口测试的同时，大大减少了测试用硬件。

Description

一种多通道采集接口在线自检测电路及方法

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的多通道采集接口在线自检测电路及方法。

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达几十路。为避免采集系统自身故障影响机上信号，根据ARINC717的要求，采集系统对模拟电压信号的采集接口电路中，需串入不小于150kΩ的隔离电阻。

由于模拟信号采集通道众多，因此隔离电阻的数量也不少，这些电阻在使用过程中出现异常而无法检测出来的话，会大幅降低产品的可测试性。同时，隔离电阻的异常也会影响采集数据的可信度。

目前，对于接口电路的异常基本很少进行自测试，主要通过选用高可靠的电阻器来降低其失效概率。直接从信号输入端加入测试信号的方式，由于会影响机上信号，也并不可取。

基于提高信号采集单元的自测试能力的考虑，同时考虑增加的测试电路不能占用太多的印制板面积，影响信号采集模块的接口能力，需要一种方式能够在较少的硬件下实现对接口电阻网络的检测。

发明内容

本发明目的：提供一种能够有效数据采集可信度，提高自检测能力的多通道采集接口在线自检测电路。

另外，还提供一种多通道采集接口在线自检测方法。

本发明技术方案：一种多通道采集接口在线自检测电路，其在多通道模拟信号采集电路的多路模拟开关2差分输出端上增加测试电路，该测试电路包括单刀三掷模拟开关K16、单刀三掷模拟开关K27、测试电阻R18、测试电阻R29，其中，测试电阻R18的一端连接到多路模拟开关2差分输出信号的负端，另一端连接到单刀三掷模拟开关K16的公共端，单刀三掷模拟开关K16的另一侧的三个端子分别接参考电压端VREF、接地和悬空；测试电阻R29的一端连接到多路模拟开关2差分输出信号的正端，另一端连接到单刀三掷模拟开关K27的公共端，单刀三掷模拟开关K27另一侧的三个端子分别接参考电压端VREF、接地和悬空。

所述单刀三掷模拟开关K16和单刀三掷模拟开关K27均连接到多通道模拟信号采集电路的采集控制模块5，二者的开关切换由其控制。

一种多通道采集接口在线自检测方法，其基于前端调理电路1为电阻网络的形式，进行任一通道采集接口检测时，其操作步骤如下：

步骤1：选择单刀三掷模拟开关K16接地，单刀三掷模拟开关K27接参考电压端VREF，采集待检测通道数据得到电压V1；

步骤2：选择单刀三掷模拟开关K16接参考电压端VREF，单刀三掷模拟开关K27接地，采集该待检测通道数据得到电压V2；

步骤3：计算V_k＝V1-V2，V_k应当为一固定值，与输入信号电压无关；

步骤4：如果V_k超出了给定值的误差范围，则认为该通道采集接口电路异常，表明，前端调理电路1异常，否则正常；

步骤5：选择单刀三掷模拟开关K16悬空通道，单刀三掷模拟开关K27悬空，进行正常的数据采集。

本发明有益效果：在使用本发明所述算法和硬件，可有效的提高对接口电阻网络的自检测能力，尤其对于采用多路开关进行多通道信号采集的系统中，可以在实现接口测试的同时，大大减少了测试用硬件。

附图说明

图1为多通道模拟信号采集电路自检测电路原理框图；

图2为本发明硬件实施电路图，

其中，1-前端调理电路、2-多路模拟开关、3-放大器、4-模数转化器、5-采集控制模块、6-K1、7-K2、8-R1、9-R2、11-R3、12-R4。

具体实施方式

下面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，本发明多通道采集接口在线自检测电路在多路模拟开关2的差分输出端上，负端串接测试电阻R1和单刀三掷模拟开关K1，单刀三掷模拟开关K1的另一端分别接VREF、悬空和接地；正端串接测试电阻R2和单刀三掷模拟开关K2，单刀三掷模拟开关K2的另一端分别接VREF、悬空和接地。

本发明多通道采集接口在线自检测方法，基于前端调理电路1为电阻网络的形式，进行任一通道采集接口检测时，其操作步骤如下：

步骤1：选择单刀三掷模拟开关K1接地，单刀三掷模拟开关K2接参考电压端VREF，采集待检测通道数据得到电压V1；

步骤2：选择单刀三掷模拟开关K1接参考电压端VREF，单刀三掷模拟开关K2接地，采集该待检测通道数据得到电压V2；

步骤3：计算V_k＝V1-V2，V_k应当为一固定值，与输入信号电压无关；

步骤4：如果V_k超出了给定值的误差范围，则认为该通道采集接口电路异常，表明，前端调理电路1异常，否则正常；

步骤5：选择单刀三掷模拟开关K1悬空通道，单刀三掷模拟开关K2悬空，进行正常的数据采集。

采集控制模块的控制信号CTRL可以控制两个单刀三掷模拟开关K1和K2的三种状态，以图2硬件中一个通道为例，取R1＝R2＝Rt，R3＝R4＝R,设信号接口输入电压为VIN1，其中，R3、R4为前端调理电路中该信号接口通道的电阻，则三种状态下得到的输出电压分别是：

a)K1选择接地，K2选择接VREF

$V1=\frac{V_{REF}R+V_{IN1}Rt}{R+Rt}$ ……①

b)K2选择接地，K1选择接VREF

$V2=\frac{-V_{REF}R+V_{IN1}Rt}{R+Rt}$ ……②

c)K1和K2悬空

V3＝V_IN1……③

可见，K1和K2悬空时，对正常的信号采集是没有影响的。而将公式①和公式②相减则可以得到：

$V1-V2=2\frac{Rt}{R+Rt}{V}_{REF}$ ……④

可见结果与输入信号电压无关，只与前端调理电路中信号接口通道的电阻值有关，即该电阻开路、短路或参数漂移，都会影响V1-V2的值，通过判断V1-V2的偏差实现采集接口的自检测。

假定输入信号V_IN1＝V_IN1+-V_IN1-，其中V_IN1+为差分正端电压，V_IN1-为差分负端电压。则可知不同测试条件下，多路模拟开关输出的电压分别为：

a)K1选择接地，K2选择接VREF

$V_{1+}=\frac{V_{REF}R+V_{IN1+}Rt}{R+Rt}$ ……⑤

$V_{1-}=\frac{V_{IN1-}Rt}{R+Rt}$ ……⑥

V1＝V₁₊-V_1-，即公式⑤-公式⑥即可得到公式①。

b)K2选择接地，K1选择接VREF

$V_{1+}=\frac{V_{IN1+}Rt}{R+Rt}$ ……⑦

$V_{1-}=\frac{V_{REF}R+V_{IN1-}Rt}{R+Rt}$ ……⑧

假设信号接口通道正端的电阻为R+，负端电阻为R-，则根据公式①～⑧，可得：

$V1-V2=\frac{V_{REF}{R}_{+}}{R_{+}+Rt}+\frac{V_{REF}{R}_{-}}{R_{-}+Rt}$ ……⑨。

从而实现前端调理电路的各种失效模式的自检测，即前端调理电路中信号接口通道的电阻开路、短路和参数漂移都可以通过检测到的V1-V2的值来判断异常。

待检测的多通道采集接口的失效模式一般有电阻的开路、短路和参数漂移，现就这几种失效模式分别进行分析：

a)接口电阻R开路

根据公式⑨可知，无论R+开路还是R-开路，均会导致V1-V2偏高。

b)接口电阻R短路

根据公式⑨可知，无论R+短路还是R-短路，均会导致V1-V2偏低。

c)接口电阻R参数漂移

根据公式⑨可知，无论R+还是R-参数漂移，如果偏大会导致V1-V2偏高，反之会导致V1-V2偏低。

因此根据本发明多通道采集接口在线自检测方法采集的结果与理论值的偏差，即可以确定接口电路是否故障。

Claims (3)

1.一种多通道采集接口在线自检测电路，其主要特征是，在多通道模拟信号采集电路的多路模拟开关[2]差分输出端上增加测试电路，该测试电路包括单刀三掷模拟开关K1[6]、单刀三掷模拟开关K2[7]、测试电阻R1[8]、测试电阻R2[9]，其中，测试电阻R1[8]的一端连接到多路模拟开关[2]差分输出信号的负端，另一端连接到单刀三掷模拟开关K1[6]的公共端，单刀三掷模拟开关K1[6]的另一侧的三个端子分别接参考电压端VREF、接地和悬空；测试电阻R2[9]的一端连接到多路模拟开关[2]差分输出信号的正端，另一端连接到单刀三掷模拟开关K2[7]的公共端，单刀三掷模拟开关K2[7]另一侧的三个端子分别接参考电压端VREF、接地和悬空。

2.根据权利要求1所述的多通道采集接口在线自检测电路，其主要特征是，所述单刀三掷模拟开关K1[6]和单刀三掷模拟开关K2[7]均连接到多通道模拟信号采集电路的采集控制模块[5]，二者的开关切换由其控制。

3.一种多通道采集接口在线自检测方法，其特征在于，基于前端调理电路[1]为电阻网络的形式，进行任一通道采集接口检测时，其操作步骤如下：

步骤1：选择单刀三掷模拟开关K1[6]接地，单刀三掷模拟开关K2[7]接参考电压端VREF，采集待检测通道数据得到电压V1；

步骤2：选择单刀三掷模拟开关K1[6]接参考电压端VREF，单刀三掷模拟开关K2[7]接地，采集该待检测通道数据得到电压V2；

步骤3：计算V_k＝V1-V2，V_k应当为一固定值，与输入信号电压无关；

步骤4：如果V_k超出了给定值的误差范围，则认为该通道采集接口电路异常，表明，前端调理电路[1]异常，否则正常；

步骤5：选择单刀三掷模拟开关K1[6]悬空通道，单刀三掷模拟开关K2[7]悬空，进行正常的数据采集。