CN110133485B - 一种模拟量采集电路的bit电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种模拟量采集电路的BIT电路。该电路包括：分压电路、第一跟随电路、限流电阻、第二跟随电路、晶体管。本发明在完成正常模拟量采集的同时，提高采集电路的检测覆盖率。该方法使用器件少，占板面积小，硬件结构简单，可靠性高，通用性好，检测覆盖率高。

Description

一种模拟量采集电路的BIT电路
技术领域
本发明属于机载模拟量采集技术领域，涉及一种模拟量采集电路的BIT电路。
背景技术
飞机机电系统种包含大量的压力、温度、转速、角度等模拟量信号，随着机电系统的高度集成化、综合化发展，对模拟量采集精度、采集速度和准确度等要求越来越高。模拟量采集已经成为机电系统状态监测、告警和精确控制的重要组成部分，因此模拟量采集电路的自测试(Build In Test，BIT)设计变得非常重要。
发明内容
发明目的：提出了一种模拟量采集电路的BIT电路，应用于某型飞机机电管理分系统的远程接口单元中，在完成模拟量采集的同时，提高采集电路的检测率。
第一方面，提供一种模拟量采集电路的BIT电路，包括；分压电路、第一跟随电路、限流电阻、第二跟随电路、晶体管；
其中，分压电路的一端接入高电压，分压电路的分压端接入第一跟随电路的同向输入端，分压电路的另一端接地，第一跟随电路的输出端通过限流电阻分别接入第二跟随电路的同向输入端和晶体管的输入端；第二跟随电路的输出端接入BIT激励注入点；晶体管的输出端接地，晶体管的控制端接入BIT控制信号。
进一步的，晶体管的控制端还通过分压电阻接入负电压。
进一步的，所述电路还包括滤波电容；滤波电容和分压电阻并联。
进一步的，模拟量采集电路包括：减法器、多路选择器、二阶有源滤波器、AD转换器、FPGA和DSP；
其中，DSP、FPGA和AD转换器之间相互通信，AD转换器的输入端与二阶有源滤波器的输出端连接，二阶有源滤波器的输入端连接多路选择器的输出端，多路选择器的输入端与减法器的输出端连接，多路选择器的控制端与FPGA的IO端口连接，减法器的反向输入端与BIT电路的输出端连接，减法器的同向输入端接入模拟量输入端。
进一步的，晶体管为N沟道MOS管，MOS管的源极接地，MOS管的栅极接入BIT控制信号，MOS管的漏极接通过限流电阻接入第一跟随电路的输出端。
进一步的，高电压为基准稳压源输出的10V参考电压。
进一步的，负电压为-15V电压。
进一步的，模拟量采集电路还包括：采用分立阻容实现π型滤波的滤波电路；滤波电路的输出端接入减法器的同向输入端，滤波电路的输入端接入模拟量输入端。
有益效果：本发明提出一种模拟量采集电路的BIT电路，在完成正常模拟量采集的同时，提高采集电路的检测覆盖率。该方法使用器件少，占板面积小，硬件结构简单，可靠性高，通用性好，检测覆盖率高。
附图说明
图1为本发明提供的模拟量采集电路的BIT电路框架图；
图2为信号调理电路框架图；
图3为BIT切换电路框架图；
图4为多路选择开关切换电路图；
具体实施方式
如图1所示，本发明为判断模拟量采集电路是否工作正常，采用基准电压源、MOS管、运算放大器、多路选择开关、AD转换芯片，FPGA和DSP，实现了模拟量采集和电路的自检测。该电路包括信号调理电路、BIT电路、多路选择开关切换电路、AD转换电路以及FPGA+DSP电路。本发明使用器件少，占板面积小，硬件结构简单，可靠性高，通用性好，检测覆盖率高。并且成功应用于某型预警机，使用过程稳定可靠。
1、模拟量信号采集
模拟量信号经过信号调理电路、多路选择开关后，进入AD转换芯片，实现模数转换采集。信号调理电路包括滤波电路和减法器电路。信号调理电路如图2所示。滤波电路采用分离电阻电容实现π型滤波，R7选取为12KΩ，C2和C3选取为0.22uF，其截止频率为60.3Hz。减法器电路采用FX147运算放大器和分离电阻实现。
其中，运算放大器输出电压计算公式为：
Figure BDA0002054344830000031
R7和R8依据具体的模拟量种类决定，R9和R10分别选取为10KΩ，则U3输出为：
Figure BDA0002054344830000032
U2电压利用BIT电路实现切换。正常采集时，U2电压约为0V。减法器输出经多路选择开关和二阶有源低通滤波后，进入AD转换芯片。二阶有源低通滤波放大倍数为1，截止频率为6.436KHz。AD转换芯片采用16位6通道的高速转换芯片。每个AD通道对应一片多选开关，采用一片AD转换芯片实现96路模拟量采集。
2、BIT电路
BIT电路包括基准电压源电路和电压切换电路。BIT电路如图3所示。基准稳压源选用FW584，稳压后输出10V，R1选取为80KΩ，R2和R3选取为10KΩ，因此得到10V，2V和1V的参考电压。其中10V和2V进入多路选择开关，进行基准电压的采集，1V电压跟随后用于实现BIT,即D点电压为1V。BIT电压切换采用MOS管实现,其开启电压门限为0.8-2V，R4选取为10KΩ，R6选取为220KΩ，R5选取为100KΩ。正常采集时，FPGA控制信号为高，A点电压为5V，经过R4和R6分压后，C点电压为4.13V，此时MOS管导通，MOS管导通电阻为0.15Ω，此时1V电压通过R5和MOS管后接到地，B点电压为0.0015mV，可以认为是0V，因此跟随后U2处电压也为0V，按照U3的计算公式可知，此时采集值为模拟量本身，计算公式为：
Figure BDA0002054344830000041
进行BIT时，FPGA控制信号为低，A点电压最大为0.55V，按照0.55V计算，经过分压后，C点电压为-0.13V，此时MOS管不导通，D点和B点等电位，跟随后U2电压为1V，按照计算公式可知，此时采集值为模拟量电压值减去1V，该计算公式为：
Figure BDA0002054344830000042
通过BIT切换电路，可以实现对前端信号调理电路的自检测。多路选择开关为16选1开关，其使能信号和通道选择信号由FPGA控制。每个多选开关的第1通道接10V基准源，第8通道接2V基准源，第16通道接地，其他通道接模拟量输入信号。通过对这三个基准电压的采集，可以实现对基准电压源、多路选择开关和AD转换器件的自检测。
3、多路选择开关切换电路
使用多路选择开关实现模拟量的切换和基准电压的采集，多路选择开关切换电路见图4。多路选择开关为16选1开关，其使能信号和通道选择信号由FPGA控制。每个多选开关的第1通道接10V基准源，第8通道接2V基准源，第16通道接地，其他通道接模拟量输入信号。通过对这三个基准电压的采集，可以实现对基准电压源、多路选择开关和AD转换器件的自检测。多路选择开关之后为二阶有源低通滤波电路，其放大倍数为1，截至频率为6.436KHz。
4、模拟量解算和故障检测
模拟量采集控制由FPGA实现，不占用DSP资源。模拟量采集解算和BIT结果由DSP软件实现。
本发明的AD转换器件使用16位6通道的AD转换芯片。每个AD通道对应一片多选开关，采用一片AD转换芯片实现96路模拟量采集。

Claims (8)

1.一种模拟量采集电路的BIT电路，其特征在于，包括；分压电路、第一跟随电路、限流电阻、第二跟随电路、晶体管；其中，分压电路的一端接入高电压，分压电路的分压端接入第一跟随电路的同向输入端，分压电路的另一端接地，第一跟随电路的输出端通过限流电阻分别接入第二跟随电路的同向输入端和晶体管的输入端；第二跟随电路的输出端接入BIT激励注入点；晶体管的输出端接地，晶体管的控制端接入BIT控制信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，晶体管的控制端还通过分压电阻接入负电压。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述BIT电路还包括滤波电容；滤波电容和分压电阻并联。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，模拟量采集电路包括：减法器、多路选择器、二阶有源滤波器、AD转换器、FPGA和DSP；其中，DSP、FPGA和AD转换器之间相互通信，AD转换器的输入端与二阶有源滤波器的输出端连接，二阶有源滤波器的输入端连接多路选择器的输出端，多路选择器的输入端与减法器的输出端连接，多路选择器的控制端与FPGA的IO端口连接，减法器的反向输入端与BIT电路的输出端连接，减法器的同向输入端接入模拟量输入端。
5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，晶体管为N沟道MOS管，MOS管的源极接地，MOS管的栅极接入BIT控制信号，MOS管的漏极接通过限流电阻接入第一跟随电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，高电压为基准稳压源输出的10V参考电压。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，负电压为-15V电压。
8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，模拟量采集电路还包括：采用分立阻容实现π型滤波的滤波电路；滤波电路的输出端接入减法器的同向输入端，滤波电路的输入端接入模拟量输入端。
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