CN108965176A - 一种消除采样直流偏置的方法 - Google Patents

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胡继华
刘春玉
桂小宇
刘立斌
张龙菲
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Beijing Sifang Automation Co Ltd
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Beijing Sifang Automation Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种消除采样直流偏置的方法，包括以下步骤：步骤S010，直流偏置信号采样；步骤S020，被测信号叠加直流偏置信号后进行采样；步骤S030，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减。本发明通过模拟开关芯片或模数转换芯片，对叠加的直流偏置进行实际采样，整体提高信号的准确度，同时有效解决直流偏置随温度变化而偏移或长期运行后漂移而造成的误差问题。

Description

一种消除采样直流偏置的方法
技术领域
本发明涉及信号转换技术领域，更具体地说，涉及一种消除采样直流偏置的方法。
背景技术
在电力系统的电流电压传感测量过程中，需要将模拟信号转换为数字信号，以便于远距离多节点传输。由于电力系统绝缘要求等应用环境原因，常常要求模数转换电路具有超低功耗。低功耗的模数转换芯片一般为单极性，而被测量的电力信号都为双极性，因此需要将被测信号叠加直流偏置，以保证信号处于正极性范围，从而能够对信号的全范围进行完整采样。
经过叠加直流偏置的模拟信号，在进行模数转换之后，数字量仍然包含直流偏置电压，因此需要在数字信号处理过程中进行消除。一般的消除方法是直接减去偏置电压的理论数字量值。而实际电路中，偏置电压值可能与理论值有一定误差和波动，且偏置电压值可能随环境温度的变化而偏移，因此直接减去偏置电压理论值可能导致整体的电流电压测量误差过大或整体温度特性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种消除采样直流偏置的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种消除采样直流偏置的方法，包括以下步骤：
步骤S010，直流偏置信号采样；
步骤S020，被测信号叠加直流偏置信号后进行采样；
步骤S030，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减。
有两种方案可以实现上述技术方案的信号采样：
第一种方案：在所述步骤S010中，将直流偏置信号端接地并进行模数转换，采样多次取平均值。直流偏置信号端接地的方式为：主控制芯片控制模拟开关芯片，模拟开关芯片的输入信号一为地电位，输入信号二为被测模拟信号，由模拟开关芯片使能端的电平决定输出为地电位或被测模拟信号。在所述步骤S020中，将直流偏置信号端与被测模拟信号连接并进行采样。在加法电路每次上电时主控制芯片仅执行控制模拟开关芯片，并对直流偏置信号进行模数转换。在所述步骤S030中，在每次模数转换后，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减，获得消除直流偏置的原始信号。
第二种方案：在所述步骤S010中，将直流偏置信号单独接入模数转换芯片A并进行采样；在所述步骤S020中，被测模拟信号叠加直流偏置信号后接入模数转换芯片B并进行采样。在所述步骤S010和步骤S020中，模数转换芯片A和模数转换芯片B的控制信号均由主控芯片控制，两者的采样率和采样时刻相同；主控芯片对采样得到的直流偏置数值进行判断，在采样值与原始理论值偏差过大时发出警告信息。在所述步骤S030中，将步骤S020采样得到的数字信号减去步骤S010采样得到的数字信号，获得消除直流偏置的原始信号。
实施本发明一种消除采样直流偏置的方法，具有以下有益效果：
本发明通过模拟开关芯片或模数转换芯片，对叠加的直流偏置进行实际采样，整体提高信号的准确度，同时有效解决直流偏置随温度变化而偏移或长期运行后漂移而造成的误差问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例1所述的消除采样直流偏置方法的功能模块框图；
图2为本发明实施例2所述的消除采样直流偏置方法的功能模块框图；
图3为一种消除采样直流偏置方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1和图3所示，本发明提供一种消除采样直流偏置方法，包括以下步骤：
步骤S010，将直流偏置信号端接地并进行模数转换，采样多次取平均值。直流偏置信号端接地的方式为：主控制芯片控制模拟开关芯片，模拟开关芯片的输入信号一为地电位，输入信号二为被测模拟信号，由模拟开关芯片使能端的电平决定输出为地电位或被测模拟信号。主控制芯片为低功耗的复杂可编程逻辑器件(CPLD)，控制信号由CPLD通过程序预设定的逻辑来执行，该逻辑默认在上电时将模拟开关芯片的输出接通至地电位，然后执行模数转换功能。
步骤S020，将直流偏置信号端与被测模拟信号连接并进行采样。在加法电路每次上电时主控制芯片仅执行控制模拟开关芯片，并对直流偏置信号进行模数转换。
所述步骤S030，在每次模数转换后，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减，获得消除直流偏置的原始信号。
在本实施例1中，被测模拟信号额定电压为±0.9V，直流偏置电压为1.25V，被测模拟信号叠加直流偏置电压后即为正极性信号，接入至单极性模数转换芯片。
步骤S010的采样次数为2N次，在CPLD中计算平均值时，可简便的将所有采样数据累加后数据右移N位。计算出的数字量与理论值进行判断，本实施例中，模数转换芯片为16位，所用基准为2.5V，故直流偏置电压1.25V所对应的数字量理论上为32767，判断采样并计算后的数字量是否在该理论值的±1％范围内，如果超过范围，则认为电路故障，通过主控制芯片发出警告信息。
实施例2
如图2和图3所示，本发明提供一种消除采样直流偏置方法，包括以下步骤：
步骤S010，将直流偏置信号单独接入模数转换芯片A并进行采样；
步骤S020，被测模拟信号叠加直流偏置信号后接入模数转换芯片B并进行采样。在步骤S010和步骤S020中，模数转换芯片A和模数转换芯片B型号相同，两者的控制信号均由主控芯片控制，两者的采样率和采样时刻相同。主控芯片对采样得到的直流偏置数值进行判断，在采样值与原始理论值偏差过大时发出警告信息。主控芯片为低功耗的复杂可编程逻辑器件(CPLD)，控制信号由CPLD通过程序预设定的逻辑来执行，对两个模数转换芯片的控制为同一控制逻辑的两个例化，从而保证两者的采样率和采样时刻完全一致，达到直流偏置的实时消除。
步骤S030，将步骤S020采样得到的数字信号减去步骤S010采样得到的数字信号，获得消除直流偏置的原始信号。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种消除采样直流偏置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S010，直流偏置信号采样；
步骤S020，被测信号叠加直流偏置信号后进行采样；
步骤S030，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减。
2.根据权利要求1所述的一种消除采样直流偏置的方法，其特征在于，在所述步骤S010中，将直流偏置信号端接地并进行模数转换，采样多次取平均值；在所述步骤S020中，将直流偏置信号端与被测模拟信号连接并进行采样；在所述步骤S030中，在每次模数转换后，将步骤S020的采样值与步骤S010的采样值相减，获得消除直流偏置的原始信号。
3.根据权利要求1所述的一种消除采样直流偏置的方法，其特征在于，在所述步骤S010中，将直流偏置信号单独接入模数转换芯片A并进行采样；在所述步骤S020中，被测模拟信号叠加直流偏置信号后接入模数转换芯片B并进行采样；在所述步骤S030中，将步骤S020采样得到的数字信号减去步骤S010采样得到的数字信号，获得消除直流偏置的原始信号。
4.根据权利要求2所述的一种消除采样直流偏置的方法，其特征在于，在所述步骤S010中，直流偏置信号端接地的方式为：主控制芯片控制模拟开关芯片，模拟开关芯片的输入信号一为地电位，输入信号二为被测模拟信号，由模拟开关芯片使能端的电平决定输出为地电位或被测模拟信号；在所述步骤S020中，在加法电路每次上电时主控制芯片仅执行控制模拟开关芯片，并对直流偏置信号进行模数转换。
5.根据权利要求3所述的一种消除采样直流偏置的方法，其特征在于，在所述步骤S010和步骤S020中，模数转换芯片A和模数转换芯片B的控制信号均由主控芯片控制，两者的采样率和采样时刻相同；主控芯片对采样得到的直流偏置数值进行判断，在采样值与原始理论值偏差过大时发出警告信息。
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