CN112187277B - 一种具有机内测试功能的模数信号转换电路 - Google Patents

一种具有机内测试功能的模数信号转换电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,该电路包括:模拟信号调理电路、滤波电路、A/D转换电路、测试电路和测试指示电路;模拟信号调理电路的输出端与滤波电路的输入端连接,滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接,A/D转换电路的输出端与测试电路的输入端连接,测试电路的输出端与模拟信号调理电路连接,A/D转换电路的输出端还与测试指示电路连接。该电路在通用的模数信号转换电路的基础上,通过增加测试电路,可在线周期性的测试模数转换电路的功能与性能的完好性,测试电路对模数信号转换电路的正常工作不产生影响,具有工作的独立性。测试结果通过测试指示电路显示出来,该电路具有结构简单,性能优良,可靠稳定的特点。

Description

一种具有机内测试功能的模数信号转换电路
技术领域
本发明涉及机内测试以及集成电路技术领域,更具体的说是涉及一种具有机内测试功能的模数信号转换电路。
背景技术
目前,模数信号转换电路在电子设备中发挥越来越重要的作用,通用的模数转换电路并不具有故障检测与故障定位的功能,若系统设备电路出现故障,故障定位难度较大。同时,随着电子设备功能要求的多样化,设备电路组成规模日益庞大,设备的故障测试与诊断问题日益突出,仅仅依靠维护维修人员进行故障检测和故障定位不仅工作量大,故障检测准确性难以保证,且故障检测效率低。
因此,如何提供一种便捷高效、准确可靠的具有机内测试功能的模数信号转换电路是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,该电路可在上电工作期间周期性地检测故障和定位故障,解决了现有的模数信号转换电路由于没有故障检测与故障定位的功能,故障检测效率低,且检测结果准确性难以保证的问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,该电路包括:模拟信号调理电路、滤波电路、A/D转换电路、测试电路和测试指示电路;
所述模拟信号调理电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接,所述滤波电路的输出端与所述A/D转换电路的输入端连接,所述A/D转换电路的输出端与所述测试电路的输入端连接,所述测试电路的输出端与所述模拟信号调理电路连接,所述A/D转换电路的输出端还与所述测试指示电路连接。
进一步地,所述模拟信号调理电路包括运算放大器芯片IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电阻C2;
所述第一电阻R1的一端与输入电压信号反相端INN连接,所述第一电阻R1的另一端分别与所述运算放大器芯片IC1的2引脚和所述第二电阻R2的一端连接,所述第二电阻R2的另一端与所述运算放大器芯片IC1的6引脚连接,所述第三电阻R3的一端与输入电压信号同相端INP连接,所述第三电阻R3的另一端分别与所述运算放大器芯片IC1的3引脚和所述第四电阻R4的一端连接,所述第四电阻R4的另一端与所述测试电路连接,所述运算放大器芯片IC1的7引脚分别与所述第一电容C1和第一电压输入端VCC连接,所述运算放大器芯片IC1的4引脚分别与所述第二电容C2和第二电压输入端VEE相连接,所述运算放大器芯片IC1的6引脚还与所述滤波电路连接。
更进一步地,所述运算放大器芯片IC1的型号为OPA4192ID或ADA4096-4ARUZ。
进一步地,所述滤波电路包括第五电阻R5、第六电阻R6和第三电容C3;
所述第五电阻R5的一端分别与所述A/D转换电路、所述第六电阻R6的一端以及所述第三电容C3的一端连接,所述第六电阻R6的另一端和所述第三电容C3的另一端均与接地线相连接。
进一步地,所述A/D转换电路包括模数信号转换芯片IC2、微处理器以及线性电源,按通用模数信号转换电路设计;
所述模数信号转换芯片IC2通过其上相应的引脚分别与所述滤波电路和所述微处理器连接,所述微处理器通过其上相应的引脚分别与所述测试电路和所述测试指示电路连接,所述线性电源与所述模数信号转换芯片IC2连接。
本发明中A/D转换电路的机内测试功能由微处理器以及其内部的录入的程序控制,在线机内测试的结果通过测试指示电路显示,测试结果数据随模数转换结果数据通过通信总线发送至网络。
更进一步地,所述微处理器采用型号为LPC2294HBD144或STM32F767IGT6的较为常用的单片机。
更进一步地,所述模数转换器芯片的型号为AD7606BSTZ或AD7328BRUZ,上述芯片也为较为常见的模数转换芯片。
进一步地,所述测试电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2;
所述第七电阻R7的一端分别与所述第一晶体管Q1的基极和所述第二晶体管Q2的基极相连,所述第七电阻R7的另一端分别与所述第八电阻R8的一端和所述A/D转换电路相连,所述第八电阻R8另一端与第三电压输入端+5V相连,所述第一晶体管Q1的集电极和所述第二晶体管Q2的集电极均与所述模拟信号调理电路连接。
进一步地,所述测试指示电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第八电容C8、第三晶体管Q3以及发光二极管D1;
所述第九电阻R9与所述第八电容C8并联,其并联的一端与所述A/D转换电路连接,其并联的另一端与所述第三晶体管Q3的基极连接,所述第三晶体管Q3的集电极依次与所述发光二极管D1和所述第十电阻R10串联,所述第十电阻R10还与第三电压输入端+5V相连,所述第三晶体管Q3的发射极与接地线相连。
该测试指示电路主要通过发光二极管D1的亮灭状态指示A/D转换电路的功能与性能是否正常,若模数信号转换电路功能与性能完好,指示灯熄灭;若模数信号转换电路的功能或性能异常,指示灯点亮,提示故障。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,该电路在通用的模数信号转换电路的基础上,通过增加测试电路,可在线周期性的测试模数转换电路的功能与性能的完好性,测试电路对模数信号转换电路的正常工作不产生影响,具有工作的独立性。测试结果通过测试指示电路显示出来,该电路具有结构简单,性能优良,可靠稳定的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路的结构架构示意图;
图2为本发明实施例中具有机内测试功能的模数信号转换电路的电路原理图;
图3为本发明实施例中具有机内测试功能的模数信号转换电路的一种具体应用实例的电路原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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例,都属于本发明保护的范围。
结合图1和图2所示,本发明实施例公开了一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,该电路包括模拟信号调理电路、滤波电路、A/D转换电路(包含微处理器、线性电源等)、测试电路以及测试指示电路;
图1中,模拟信号调理电路的输出端与滤波电路的输入端连接,滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接,A/D转换电路的输出端与测试电路的输入端连接,测试电路的输出端与模拟信号调理电路连接,A/D转换电路的输出端还与测试指示电路连接。
具体地,参见附图2,上述具有机内测试功能的模数信号转换电路包括:输入电压信号同相端INP、输入电压信号反相端INN、第一电阻R1~第四电阻R4,第一电容C1、第二电容C2,第一运算放大器IC1,此部分为模拟信号调理电路;
第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3,此部分为滤波电路;
模数信号转换芯片IC2、线性电源(即第一线性稳压电源U1和第二线性稳压电源U2),第四电容C4~第七电容C7以及微处理器,此部分为A/D转换电路;
第七电阻R7~第八电阻R8,第一晶体管Q1和第二晶体管Q2,此部分为测试电路;
第九电阻R9、第十电阻R10、第八电容C8、第三晶体管Q3和发光二极管D1,此部分为测试指示电路。
具体地,输入电压信号反相端INN与第一电阻R1一端相连接,第一电阻R1的另外一端分别与运算放大器芯片IC1的2脚和第二电阻R2的一端相连接,第二电阻R2的另外一端与运算放大器芯片IC1的6脚相连接;
输入电压信号同相端INP与第三电阻R3一端相连接,第三电阻R3的另外一端分别与运算放大器芯片IC1的3脚和第四电阻R4的一端相连接,第四电阻R4的另外一端与分别与第一晶体管Q1的集电极和第二晶体管Q2的集电极相连接;
运算放大器芯片IC1的7脚分别与第一电容C1和第一电压输入端VCC相连接;
运算放大器芯片IC1的4脚分别与第二电容C2和第二电压输入端VEE相连接;
运算放大器芯片IC1的6脚分别与第二电阻R2和第五电阻R5相连接;
模数信号转换芯片IC2的1脚分别与第五电阻R5另一端、第六电阻R6一端和第三电容C3相连,第六电阻R6另一端和第三电容C3另一端均与接地线相连;
模数信号转换芯片IC2的8脚与接地线相连;
模数信号转换芯片IC2的2脚与第四电压输入端+2.5V相连(即第一线性稳压器的Vout端);
模数信号转换芯片IC2的3脚与第四电压输入端-2.5V相连(即第二线性稳压器的Vout端);
模数信号转换芯片IC2的16脚与第三电压输入端+5V相连;
模数信号转换芯片IC2的4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15引脚与微处理器相应I/O相连;
第一线性电源U1的Vin输入脚与信号地GND之间并联电容C4,Vout输出脚与信号地GND之间并联电容C5,Vout输出的+2.5V电压与模数信号转换芯片IC2的2脚相连;
第二线性电源U2的Vin输入脚与信号地GND之间并联电容C6,Vout输出脚与信号地GND之间并联电容C7,Vout输出的+2.5V电压与模数信号转换芯片IC2的2脚相连;
第七电阻R7一端分别与第一晶体管Q1的基极、第二晶体管Q2的基极相连,第七电阻R7另一端分别与第八电阻R8一端和微处理器的一个I/O相连;
第八电阻R8另一端与第三电压输入端+5V相连;
第九电阻R9与第八电容C8并联,并联的一端与微处理器的一个I/O相连,并联的另一端与第三晶体管Q3的基极相连;
第三晶体管Q3的集电极串联发光二极管D1与第十电阻R10与第三电压输入端+5V相连,第三晶体管Q3的发射极与接地线相连。
在本发明实施例中,运算放大器芯片的型号可以为OPA4192ID,模数转换器芯片型号可以为AD7606BSTZ,微处理器芯片的型号可以为LPC2294HBD144。当然,根据实际应用需要,还可以使用运算放大器芯片型号为ADA4096-4ARUZ,模数转换器芯片型号为AD7328BRUZ,微处理器芯片还可以采用型号为STM32F767IGT6的单片机,参见附图3,为微处理器采用单片机的电路原理示意图,具体选型根据电路实际需求合理设定。
下面对本发明实施中公开的上述具有机内测试功能的模数信号转换电路的工作原理进行说明:
模数信号转换电路的机内测试功能主要由信号调理电路、滤波电路、A/D转换电路(包含微处理器等)、测试电路以及测试指示电路五部分完成。
模数信号转换电路正常工作时,周期性完成模拟信号与数字信号之间的量化转换。此时,微处理器与第七电阻R7和第八电阻R8相连的I/O口输出高电平,测试电路的第二晶体管Q2作为开关闭合,第一晶体管Q1作为开关断开,第四电阻R4的一端与信号接地线相连接,电路处于正常的模拟信号与数字信号的转换工作状态,与第九电阻R9相连的微处理器I/O口输出低电平,发光二极管D1保持熄灭状态。
电路进入测试状态时,首先,A/D转换电路先完成一次模拟信号的采集转换,记录在微处理器的寄存器中作为初始值。然后,微处理器与第七电阻R7和第八电阻R8相连的I/O口输出低电平,测试电路的第一晶体管Q1作为开关闭合,第二晶体管Q2作为开关断开,第四电阻R4的一端与第三电压输入端+5V相连接,模数信号转换电路再完成一次模拟信号的采集转换,记录在微处理器的寄存器中作为中间值,测试完成。最后,微处理器与第七电阻R7和第八电阻R8相连的I/O口输出高电平,测试电路的第二晶体管Q2作为开关闭合,第一晶体管Q1作为开关断开,第四电阻R4的一端与信号接地线相连接,模数信号转换电路转入正常工作状态。
寄存器记录的中间值减去初始值,若差值近似为5.0V(误差不超过0.5V),则说明电路功能和性能正常,否则,说明该模数转换电路功能或性能出现故障。
出现故障时,与第九电阻R9相连的微处理器I/O口输出高电平,发光二极管D1点亮。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,包括:模拟信号调理电路、滤波电路、A/D转换电路、测试电路和测试指示电路;
所述模拟信号调理电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接,所述滤波电路的输出端与所述A/D转换电路的输入端连接,所述A/D转换电路的输出端与所述测试电路的输入端连接,所述测试电路的输出端与所述模拟信号调理电路连接,所述A/D转换电路的输出端还与所述测试指示电路连接;
所述测试电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2;
所述第七电阻R7的一端分别与所述第一晶体管Q1的基极和所述第二晶体管Q2的基极相连,所述第七电阻R7的另一端分别与所述第八电阻R8的一端和所述A/D转换电路相连,所述第八电阻R8另一端与第三电压输入端+5V相连,所述第一晶体管Q1的集电极和所述第二晶体管Q2的集电极均与所述模拟信号调理电路连接;
电路进入测试状态时,A/D转换电路用于先完成一次模拟信号的采集转换,记录在微处理器的寄存器中作为初始值;微处理器与第七电阻R7和第八电阻R8相连的I/O口输出低电平,测试电路的第一晶体管Q1作为开关闭合,第二晶体管Q2作为开关断开,模数信号转换电路再完成一次模拟信号的采集转换,记录在微处理器的寄存器中作为中间值;若寄存器记录的中间值减去初始值不符合预设阈值,则证明模数转换电路功能或性能出现故障;出现故障时,微处理器的相关I/O口输出高电平给测试指示电路进行故障指示。
2.根据权利要求1所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述模拟信号调理电路包括运算放大器芯片IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2;
所述第一电阻R1的一端与输入电压信号反相端INN连接,所述第一电阻R1的另一端分别与所述运算放大器芯片IC1的2引脚和所述第二电阻R2的一端连接,所述第二电阻R2的另一端与所述运算放大器芯片IC1的6引脚连接,所述第三电阻R3的一端与输入电压信号同相端INP连接,所述第三电阻R3的另一端分别与所述运算放大器芯片IC1的3引脚和所述第四电阻R4的一端连接,所述第四电阻R4的另一端与所述测试电路连接,所述运算放大器芯片IC1的7引脚分别与所述第一电容C1和第一电压输入端VCC连接,所述运算放大器芯片IC1的4引脚分别与所述第二电容C2和第二电压输入端VEE相连接,所述运算放大器芯片IC1的6引脚还与所述滤波电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述运算放大器芯片IC1的型号为OPA4192ID或ADA4096-4ARUZ。
4.根据权利要求1所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述滤波电路包括第五电阻R5、第六电阻R6和第三电容C3;
所述第五电阻R5的一端分别与所述A/D转换电路、所述第六电阻R6的一端以及所述第三电容C3的一端连接,所述第六电阻R6的另一端和所述第三电容C3的另一端均与接地线相连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述A/D转换电路包括模数信号转换芯片IC2、微处理器以及线性电源;
所述模数信号转换芯片IC2通过其上相应的引脚分别与所述滤波电路和所述微处理器连接,所述微处理器通过其上相应的引脚分别与所述测试电路和所述测试指示电路连接,所述线性电源与所述模数信号转换芯片IC2连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述微处理器采用型号为LPC2294HBD144或STM32F767IGT6的单片机。
7.根据权利要求5所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述模数信号转换芯片IC2的型号为AD7606BSTZ或AD7328BRUZ。
8.根据权利要求1所述的一种具有机内测试功能的模数信号转换电路,其特征在于,所述测试指示电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第八电容C8、第三晶体管Q3以及发光二极管D1;
所述第九电阻R9与所述第八电容C8并联,其并联的一端与所述A/D转换电路连接,其并联的另一端与所述第三晶体管Q3的基极连接,所述第三晶体管Q3的集电极依次与所述发光二极管D1和所述第十电阻R10串联,所述第十电阻R10还与第三电压输入端+5V相连,所述第三晶体管Q3的发射极与接地线相连。
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