CN112098709A - 一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例中提供了一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路，包括与传感器的输出端电连接的信号调理电路，信号调理电路用于对接收的传感器的微伏级信号进行调理。采集电路包括两个模数转换电路、激励电路，第一模数转换电路用于实现微伏级信号的采集；第二模数转换电路用于实现对激励电路输出的激励电压的采集；激励电路包括串联的功率驱动电路及数模转换电路，数模转换电路用于产生激励电压，功率驱动电路用于提高激励电压的驱动能力。本公开的处理方案通过对传感器激励电压的修正以实现对不同机载环境的适应，同时通过对自身零偏的采集，以实现对自身干扰的滤除，达到准确记录、还原飞机上设备状态的目的。
Description
技术领域
本公开属于航空电子领域，涉及电路信号采集技术，尤其涉及一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路。
背景技术
飞机是一个由诸多设备、电源等构成的复杂系统，且随着航空装备向小型化、低功耗方向的发展，飞机上越来越多的电压信号也逐渐趋于微弱化，以至于达到微伏级，在此复杂的机载环境下，这些微伏级电压信号极易受到诸多噪声的干扰，同时，微伏级电压信号易受飞机环境的干扰，那么如何能够在复杂的机载环境中采集到有效的电压信号是目前航空机载设备所面临的难题，因此，迫切需要设计一种能够自适应于复杂的机载环境且能够准确的采集微伏级电压信号的采集电路。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路，其至少部分解决在复杂的机载环境下准确采集微伏级电压信号的难题，达到准确记录、还原飞机上设备状态的目的。
实现本发明的技术方案如下：一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路，采集电路包括与传感器的输出端电连接的信号调理电路，信号调理电路用于对接收的传感器的微伏级信号进行调理。信号调理电路能实现对接收到的传感器信号进行调理，将伴随着的噪声信号滤除，并将该微弱信号调理成适合模数转换电路采集的信号，以提高信噪比。
采集电路包括第一模数转换电路，第一模数转换电路与信号调理电路的输出端电连接，第一模数转换电路用于传感器的微伏级信号的多通道同步采集。第一模数转换电路的输出端电连接有可编程逻辑器，且可编程逻辑器与CPU控制器双向电连接。
采集电路还包括第二模数转换电路及激励电路，第二模数转换电路用于采集及同步修正激励电路输出的激励电压，以实现能够自适应于复杂的机载环境的目的。
本发明的采集电路在机载环境下工作时，通过信号调理电路、激励电路、第二模数转换电路的配合，能够对进行微伏级信号的正常采集。
进一步的，激励电路及第二模数转换电路并联设置在可编程逻辑器与传感器之间，且激励电路包括串联的功率驱动电路模块及数模转换电路。具体的，数模转换电路由数模转换器构成，数模转换器需结合微伏级信号的通道数进行选择，在空间允许的情况下尽量做到一路采集信号对应一个激励信号，已实现通道间的独立，降低通道间的影响。功率驱动电路模块用于实现将数模转换电路输出的高精度激励电压进行功率放大，用于驱动传感器输出电压信号。
上述第一模数转换电路及第二模数转换电路可选择高分辨率、高速、低功耗、多通道同步采集的A/D转换器。
其中，采集电路还包括模拟通道选择电路，模拟通道选择电路位于可编程逻辑器与信号调理电路之间，模拟通道选择电路用于采集电路的零偏采集与传感器的微伏级信号采集之间的切换。
进一步的，模拟通道选择电路包括至少1个多路选通开关，多路选通开关选择低功耗、低阻抗的选通开关，通过选通开关导通和关闭的动作，实现零偏采集和信号采集间的切换。
其中，信号调理电路至少有1个，且每个信号调理电路分别与一个传感器连接。
进一步的，信号调理电路内依次设有接口匹配电路模块、可编程增益放大电路模块、固定增益放大电路模块、抗混叠滤波电路模块。其中，接口匹配电路模块用于接收输入的微伏级信号和模拟通道选择电路接入的信号；可编程增益放大电路模块用于将接口匹配电路模块输出的微伏级信号进行放大，该电路可通过可编程增益放大电路模块对其不同增益的设置实现对微伏级信号的选择性放大，同时高输入阻抗的可编程增益放大电路模块路可以降低微伏级信号在线路上的衰减对信号采集精度的影响；固定增益放大电路模块实现对微伏级信号的进一步放大；抗混叠滤波电路模块用于滤除信号中频率大于1/2采样频率的干扰信号，将通带外的高频信号基本滤除，防止采集信号的频谱产生混迭。
在机载环境下工作时，首先通过可编程增益放大电路模块控制模拟通道选择电路将接口匹配电路模块的接收输入端短接，第二模数转换电路采集一段时间的数据，获取采集电路自身的本底噪声。然后将模拟通道选择电路与接口匹配电路模块断开，同时第二模数转换电路对功率驱动电路模块输出的激励电压进行采集，CPU控制器通过获取该激励源信号采集数据调节数模转换电路的输出，从而实现对激励源的修正，上述操作执行完毕后，进行微伏级信号的正常采集。
进一步的，可编程增益放大电路模块与固定增益放大电路模块的将微伏级信号放大1000～5000倍。
与现有技术相比，本发明型的有益效果是：本发明自适应微伏级模拟电压信号的采集电路能够实现在机载复杂环境下对微伏级信号的高精度采集，解决了多噪声干扰环境下对微伏级信号高精度采集的难题。同时其能够适用于多种小信号的采集接口，减少了采集电路的种类，节约了成本，可广泛应用于航空信号采集设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明自适应微伏级模拟电压信号的采集电路的电路示意图；
图2为本发明自适应微伏级模拟电压信号的采集电路的信号调理电路的电路示意图；
其中，1.信号调理电路；2.第一模数转换电路；3.可编程逻辑器；4.CPU控制器；5.模拟通道选择电路；6.功率驱动电路模块；7.数模转换电路；8.接口匹配电路模块；9.可编程增益放大电路模块；10.固定增益放大电路模块；11.抗混叠滤波电路模块；12.第二模数转换电路。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本公开实施例提供一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路，如图1所示，采集电路包括与传感器的输出端电连接的信号调理电路1，信号调理电路2用于对接收的传感器的微伏级信号进行调理。信号调理电路1能实现对接收到的传感器信号进行调理，将伴随着的噪声信号滤除，并将该微弱信号调理成适合模数转换电路采集的信号，以提高信噪比。
其中，如图1所示，采集电路还包括第一模数转换电路2，第一模数转换电路2与信号调理电路1的输出端电连接，第一模数转换电路2用于传感器的微伏级信号的多通道同步采集。第一模数转换电路2的输出端电连接有可编程逻辑器3，且可编程逻辑器3与CPU控制器4双向电连接。
其中，如图1所示，采集电路还包括第二模数转换电路12及激励电路，第二模数转换电路12用于采集及同步修正激励电路输出的激励电压
进一步的，激励电路及第二模数转换电路12并联设置在可编程逻辑器3与传感器之间，且激励电路包括串联的功率驱动电路模块6及数模转换电路7。具体的，数模转换电路7由数模转换器构成，数模转换器需结合微伏级信号的通道数进行选择，在空间允许的情况下尽量做到一路采集信号对应一个激励信号，已实现通道间的独立，降低通道间的影响。功率驱动电路模块6用于实现将数模转换电路7输出的高精度激励电压进行功率放大，用于驱动传感器输出电压信号。
采集电路在机载环境下工作时，通过信号调理电路以及激励电路的配合，能够对进行微伏级信号的正常采集。
在本实施方式中，上述第一模数转换电路2及第二模数转换电路12可选择高分辨率、高速、低功耗、多通道同步采集的A/D转换器。
其中，如图1所示，采集电路还包括模拟通道选择电路5，模拟通道选择电路5位于可编程逻辑器3与信号调理电路1之间，模拟通道选择电路5用于采集电路的零偏采集与传感器的微伏级信号采集之间的切换。
进一步的，模拟通道选择电路5包括至少1个多路选通开关，多路选通开关选择低功耗、低阻抗的选通开关，通过选通开关导通和关闭的动作，实现零偏采集和信号采集间的切换。
作为对上述自适应微伏级模拟电压信号的采集电路的改进，信号调理电路1至少有1个，且每个信号调理电路1分别与一个传感器连接。如图2所示，信号调理电路1内依次设有接口匹配电路模块8、可编程增益放大电路模块9、固定增益放大电路模块10、抗混叠滤波电路模块11。其中，接口匹配电路模块8用于接收输入的微伏级信号和模拟通道选择电路5接入的信号；可编程增益放大电路模块9用于将接口匹配电路模块8输出的微伏级信号进行放大，该电路可通过可编程增益放大电路模块9对其不同增益的设置实现对微伏级信号的选择性放大，同时高输入阻抗的可编程增益放大电路模块9路可以降低微伏级信号在线路上的衰减对信号采集精度的影响；固定增益放大电路模块10实现对微伏级信号的进一步放大；抗混叠滤波电路模块11用于滤除信号中频率大于1/2采样频率的干扰信号，将通带外的高频信号基本滤除，防止采集信号的频谱产生混迭。
优选的，可编程增益放大电路模块9与固定增益放大电路模块10的将微伏级信号放大1000～5000倍。
在机载环境下工作时，首先通过可编程增益放大电路模块9控制模拟通道选择电路5将接口匹配电路模块8的接收输入端短接，第二模数转换电路12采集一段时间的数据，获取采集电路自身的本底噪声。然后将模拟通道选择电路与接口匹配电路模块8断开，同时第二模数转换电路12对功率驱动电路模块6输出的激励电压进行采集，CPU控制器4通过获取该激励源信号采集数据调节数模转换电路7的输出，从而实现对激励源的修正，上述操作执行完毕后，进行微伏级信号的正常采集。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种自适应微伏级模拟电压信号的采集电路，其特征在于：采集电路包括与传感器的输出端电连接的信号调理电路，所述信号调理电路用于对接收的所述传感器的微伏级信号进行调理；
采集电路包括第一模数转换电路，所述第一模数转换电路与所述信号调理电路的输出端电连接，所述第一模数转换电路用于所述传感器的微伏级信号的多通道同步采集；所述第一模数转换电路的输出端电连接有可编程逻辑器，且所述可编程逻辑器与CPU控制器双向电连接；
采集电路还包括第二模数转换电路及激励电路，所述第二模数转换电路用于采集及同步修正所述激励电路输出的激励电压。
2.根据权利要求1所述的采集电路，其特征在于：所述激励电路及所述第二模数转换电路并联设置在所述可编程逻辑器与所述传感器之间，且所述激励电路包括串联的功率驱动电路模块及数模转换电路。
3.根据权利要求2所述的采集电路，其特征在于：采集电路还包括模拟通道选择电路，所述模拟通道选择电路位于所述可编程逻辑器与所述信号调理电路之间，所述模拟通道选择电路用于采集电路的零偏采集与传感器的微伏级信号采集之间的切换。
4.根据权利要求3所述的采集电路，其特征在于：所述模拟通道选择电路包括至少1个多路选通开关。
5.根据权利要求3所述的采集电路，其特征在于：所述信号调理电路至少有1个，且每个所述信号调理电路分别与一个所述传感器连接。
6.根据权利要求5所述的采集电路，其特征在于：所述信号调理电路内依次设有接口匹配电路模块、可编程增益放大电路模块、固定增益放大电路模块、抗混叠滤波电路模块。
7.根据权利要求6所述的采集电路，其特征在于：所述可编程增益放大电路模块与所述固定增益放大电路模块的将微伏级信号放大1000～5000倍。
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