CN111505982A - 一种高精度采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度采集电路，涉及数据采集技术领域，包括，模拟前端单元、高速高精度模数转换单元、高精度参考电源单元、可编程逻辑单元和供电单元；所述模拟前端单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述高精度参考电源单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述可编程逻辑单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述供电单元与所述模拟前端单元、所述高速高精度模数转换单元连接、所述高精度参考电源单元和所述可编程逻辑单元连接；本发明实现级联1000通道以上的信号采集系统的高精度采集。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及一种高精度采集电路的设计方法。
背景技术
针对地面共振试验及颤振试飞试验中航空发动机、机翼等部件热模态参数的高精度和颤振边界准确预测应用需求，需要研发多通道动态特征测试仪。而其中关键部分为数据采集模块的设计。
目前低通道数的数采设备在精度、准确度上能够满足工程需要。但要实现级联1000通道以上的信号采集系统的高精度采集，其准确度、精确度、时间同步性等都很难达到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度采集电路，用以解决现有技术中精准度的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种高精度采集电路。具体地，包括，模拟前端单元、高速高精度模数转换单元、高精度参考电源单元、可编程逻辑单元和供电单元；
所述模拟前端单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述高精度参考电源单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述可编程逻辑单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述供电单元与所述模拟前端单元、所述高速高精度模数转换单元、所述高精度参考电源单元和所述可编程逻辑单元连接；
所述模拟前端单元用于采集模拟信号；
所述高速高精度模数转换单元用于将所述模拟前端单元采集到的模拟信号转换为数字信号；
所述高精度参考电源单元为所述高速高精度模数转换单元提供精准的参考电平；
所述可编程逻辑单元用于控制所述高速高精度模数转换单元的各通道输入的信号进行模数转换，并将数据发送至所述可编程逻辑单元进行进一步处理。
优选的，所述模拟前端单元包括恒流源模块、耦合方式选择模块、衰减器模块和增益网络及其配置模块；
所述恒流源模块用于为采集到的模拟信号供电；
所述耦合方式选择模块用于采集到的模拟信号的耦合方式选择电路；
所述衰减器模块用于对采集到的模拟信号进行缩小；
所述增益网络及其配置模块用于对采集到的模拟信号进行放大。
优选的，所述衰减器模块调整的信号范围为，将0V～+/-40V的模拟电压信号调理成0～+/-10V。
优选的，所述增益网络及其配置模块包括，增益放大子模块和抗混叠滤波子模块，增益放大子模块与抗混叠滤波子模块连接；
所述增益放大子模块用于对信号增益做出调整；
所述抗混叠滤波子模块用于对信号进行滤波，滤除干扰信号。
优选的，所述增益放大子模块和所述抗混叠滤波子模块由双通道JFET运算放大器组成。
优选的，所述增益网络及其配置模块根据信号范围调整的增益范围为，当信号<100mV时，增益为100倍；当100mV<信号<300mV时，增益为30倍；当300mV<信号<1000mV时，增益为10倍；当信号≥10V时，增益为1倍。
优选的，所述增益网络及其配置模块的增益选择器为精密四通道单刀双掷开关。
优选的，所述可编程逻辑单元选用现场可编程门阵列FPGA(Field ProgrammableGate Array)。
优选的，所述模拟前端单元的输出信号为差分信号。
优选的，所述高速高精度模数转换单元选用24位Δ-Σ模数转换器。
本发明方法具有如下优点：
本发明实现级联1000通道以上的信号采集系统的采集，其准确度、精确度、时间同步性等都达到要求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的高精度采集电路框图示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的模拟前端单元示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的高精度采集电路示意图；
图中：1—模拟前端单元，11—恒流源模块，12—耦合方式选择模块，13—衰减器模块，14—增益网络及其配置模块，141—增益放大子模块，142—抗混叠滤波子模块，2—高速高精度模数转换单元，3—高精度参考电源单元，4—可编程逻辑单元，5—供电单元。
具体实施方式
下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本发明的保护范围。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本发明权利要求书请求保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
如图1所示的，一种高精度采集电路，包括，模拟前端单元1、高速高精度模数转换单元2、高精度参考电源单元3、可编程逻辑单元4和供电单元5；
所述模拟前端单元1与所述高速高精度模数转换单元2连接，所述高精度参考电源单元3与所述高速高精度模数转换单元2连接，所述可编程逻辑单元4与所述高速高精度模数转换单元2连接，所述供电单元5与所述模拟前端单元1、所述高速高精度模数转换单元2、所述高精度参考电源单元3和所述可编程逻辑单元4连接；
所述模拟前端单元1用于采集模拟信号；
所述高速高精度模数转换单元2用于将所述模拟前端单元1采集到的模拟信号转换为数字信号；
所述高精度参考电源单元3为所述高速高精度模数转换单元2提供精准的参考电平；
所述可编程逻辑单元4用于控制所述高速高精度模数转换单元2的各通道输入的信号进行模数转换，并将数据发送至所述可编程逻辑单元4进行进一步处理。
根据上述方案，进一步，如图2所示的，所述模拟前端单元1包括恒流源模块11、耦合方式选择模块12、衰减器模块13和增益网络及其配置模块14；
所述恒流源模块11用于为采集到的模拟信号供电；
所述耦合方式选择模块12用于采集到的模拟信号的耦合方式选择电路；
所述衰减器模块13用于对采集到的模拟信号进行缩小；
所述增益网络及其配置模块14用于对采集到的模拟信号进行放大。
根据上述方案，进一步，所述衰减器模块13调整的信号范围为，将0V～+/-40V的模拟电压信号调理成0～+/-10V。
根据上述方案，进一步，所述增益网络及其配置模块14包括，增益放大子模块141和抗混叠滤波子模块142，增益放大子模块141与抗混叠滤波子模块142连接；
所述增益放大子模块141用于对信号增益做出调整；
所述抗混叠滤波子模块142用于对信号进行滤波，滤除干扰信号；抗混叠滤波器的设计如下：抗混叠滤波器设计在动态信号的数据采集过程中，为除去采集的一些不确定信号对有用信号造成的干扰，最大程度地抑制或消除混叠现象对数据采集的影响，需要在信号输入端增加过渡带陡峭、截止频率随采样频率的改变而改变的抗混叠滤波器。传统的无源滤波器设计简单，易于掌握，但这种滤波器的实测滤波特性与理论上的预定特性差别较大，在通带内又不能取得良好的阻抗匹配,很难满足对滤波特性精度高的要求。
因此，可采用运算放大器加RC网络组成有源滤波器。有源滤波器是以网络综合理论为基础的分析方法，它先找出与理想滤波特性相近似的网络函数，然后根据综合方法实现该网络函数，这样设计出来的滤波器的实测滤波特性与理论预定特性十分接近，适合高精度滤波器的设计要求。
根据上述方案，进一步，所述增益放大子模块141和所述抗混叠滤波子142模块由双通道JFET运算放大器组成。
根据上述方案，进一步，所述增益网络及其配置模块14根据信号范围调整的增益范围为，当信号<100mV时，增益为100倍；当100mV<信号<300mV时，增益为30倍；当300mV<信号<1000mV时，增益为10倍；当信号≥10V时，增益为1倍。
根据上述方案，进一步，所述增益网络及其配置模块14的增益选择器为精密四通道单刀双掷开关。
根据上述方案，进一步，如图3所示的，所述可编程逻辑单元4选用现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)。
根据上述方案，进一步，所述模拟前端单元1的输出信号为差分信号。
根据上述方案，进一步，所述高速高精度模数转换单元2选用24位Δ-Σ模数转换器。
本发明提供了一种高精度采集电路，能够实现级联1000通道以上的信号采集系统的采集，其准确度、精确度、时间同步性等都达到要求。
Claims (10)
1.一种高精度采集电路，其特征在于，包括，模拟前端单元、高速高精度模数转换单元、高精度参考电源单元、可编程逻辑单元和供电单元；
所述模拟前端单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述高精度参考电源单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述可编程逻辑单元与所述高速高精度模数转换单元连接，所述供电单元与所述模拟前端单元、所述高速高精度模数转换单元、所述高精度参考电源单元和所述可编程逻辑单元连接；
所述模拟前端单元用于采集模拟信号；
所述高速高精度模数转换单元用于将所述模拟前端单元采集到的模拟信号转换为数字信号；
所述高精度参考电源单元为所述高速高精度模数转换单元提供精准的参考电平；
所述可编程逻辑单元用于控制所述高速高精度模数转换单元的各通道输入的信号进行模数转换，并将数据发送至所述可编程逻辑单元进行进一步处理。
2.根据权利要求1所述的高精度采集电路，其特征在于，所述模拟前端单元包括恒流源模块、耦合方式选择模块、衰减器模块和增益网络及其配置模块；
所述恒流源模块用于为采集到的模拟信号提供供电；
所述耦合方式选择模块用于采集到的模拟信号的耦合方式选择电路；
所述衰减器模块用于对采集到的模拟信号进行缩小；
所述增益网络及其配置模块用于对采集到的模拟信号进行放大。
3.根据权利要求2所述的高精度采集电路，其特征在于，所述衰减器模块调整的信号范围为，将0V～+/-40V的模拟电压信号调理成0～+/-10V。
4.根据权利要求2所述的高精度采集电路，其特征在于，所述增益网络及其配置模块包括，增益放大子模块和抗混叠滤波子模块，增益放大子模块与抗混叠滤波子模块连接；
所述增益放大子模块用于对信号增益做出调整；
所述抗混叠滤波子模块用于对信号进行滤波，滤除干扰信号。
5.根据权利要求4所述的高精度采集电路，其特征在于，所述增益放大子模块和所述抗混叠滤波子模块由双通道JFET运算放大器组成。
6.根据权利要求5所述的高精度采集电路，其特征在于，所述增益网络及其配置模块根据信号范围调整增益范围为，当信号<100mV时，增益为100倍；当100mV<信号<300mV时，增益为30倍；当300mV<信号<1000mV时，增益为10倍；当信号≥10V时，增益为1倍。
7.根据权利要求2所述的高精度采集电路，其特征在于，所述增益网络及其配置模块的增益选择器为精密四通道单刀双掷开关。
8.根据权利要求1所述的高精度采集电路，其特征在于，所述可编程逻辑单元选用现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)。
9.根据权利要求1所述的高精度采集电路，其特征在于，所述模拟前端单元的输出信号为差分信号。
10.根据权利要求1所述的高精度采集电路，其特征在于，所述高速高精度模数转换单元选用24位Δ-Σ模数转换器。
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