CN113114242B - 一种自动校准adc多路采样增益的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动校准ADC多路采样增益的系统及方法，控制单元通过第一控制端控制DAC模块输出固定电压，控制单元通过第二控制端控制继电器开关组的一路开关闭合；固定电压经过电压跟随器后输入到继电器开关组；标准ADC采集电压跟随器输出端的电压后反馈给控制单元的第一输入端，待测ADC采集继电器开关组输出端的电压后反馈给控制单元的第二输入端。控制单元根据标准ADC采集的电压和待测ADC采集的电压，计算每路采样通道的增益系数。本发明只需一路DAC输出就可以输出多路模拟量，保证标准ADC和待测ADC采集到的是相同模拟值，高效快速地校准了多路模拟采样的增益。

Description

一种自动校准ADC多路采样增益的系统及方法

技术领域

本发明属于数据采集领域，具体涉及一种自动校准ADC多路采样增益的系统及方法。

背景技术

当前，ADC采样已经应用到各种场景下，如军工、航空航天、汽车、工业和电力行业等等。在稍微复杂的工况下，一路采样是远远不能满足实际需求的，多路冗余采样逐渐成为了主流应用。例如电力行业中需要对多条线路电压进行采集，电动汽车上有多路传感器信号需要采集。并且ADC的采样电路设计以及ADC芯片内部设计影响，一般来说AD采样回路都会有采样误差，并且同一片ADC芯片的不同采样通道误差都会有区别。

为了获得最准确的模拟量，应用人员都会对ADC的采样通道进行增益系数补偿，这些补偿系数通常是写入程序软件中。对于同型号不同批次的电路板，当前大量的校准方式，一般都是由人工手动通过精密电压电流源输出信号，再通过采样测试程序获取各个通道的增益系数，为此应用人员或测试人员往往要花大量的时间用于校准采样系数上。因此，快速方便的校准ADC采样通道的系数可以大大提高应用人员的工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动校准ADC多路采样增益的系统及方法，可以解决现有技术中任工校准采样系数效率低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种自动校准ADC多路采样增益的系统，包括控制单元、DAC模块、电压跟随器、继电器开关组以及标准ADC和待测ADC；所述的控制单元包括第一控制端、第二控制端、第一输入端和第二输入端；所述的控制单元通过第一控制端控制DAC模块输出固定电压，控制单元通过第二控制端控制继电器开关组的一路开关闭合；所述固定电压经过电压跟随器后输入到所述继电器开关组的输入端；所述标准ADC采集电压跟随器输出端的电压后反馈给控制单元的第一输入端，待测ADC采集继电器开关组输出端的电压后反馈给控制单元的第二输入端。

进一步的，所述的控制单元根据标准ADC采集的电压和待测ADC采集的电压，计算每路采样通道的增益系数。

进一步的，所述的增益系数的计算公式为：

k＝V_C/V₀，其中：

V_C为待测ADC采集的电压值，V₀为标准ADC采集的电压值。

进一步的，所述继电器开关组包括至少两个相互并联的继电器。

第二方面，本发明提供一种自动校准ADC多路采样增益的方法，包括以下步骤：

步骤1、控制单元控制DAC模块输出指定的直流电压，经电压跟随器后输入到继电器开关组的输入端；

步骤2、控制单元控制继电器开关组的第一继电器闭合；

步骤3、控制单元控制标准ADC采集电压跟随器输出端的电压信号并返回给控制单元；

步骤4、控制单元控制待测ADC采集继电器开关组输出的第一路电压信号并返回给控制单元；

步骤5、控制单元得到标准ADC返回的采样值V₀和待测ADC返回的采样值V₁，计算出第一路通道的采样增益系数k₁；

步骤6、重复步骤2到步骤5直至所有的采样通道都完成增益系数的计算。

进一步的，所述的增益系数的计算公式为：

k_i＝V_i/V₀，其中V₀为标准ADC采集到的电压值，V_i为待测ADC采集到的第i路采样通道的电压值，k_i为第i路采样通道的增益系数。

本发明的自动校准ADC多路采样增益的系统及方法，只需一路DAC输出就可以输出多路模拟量，采样继电器开关可以忽略开关上损失的电压，保证标准ADC和待测ADC采集到的是相同模拟值，高效快速地校准了多路模拟采样的增益，提高待测ADC的采样精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自动校准ADC多路采样增益的系统的结构图。

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。

本发明的自动校准ADC多路采样增益的系统，如图1所示，包括控制单元、DAC模块、电压跟随器、继电器开关组以及标准ADC和待测ADC。控制单元包括第一控制端、第二控制端、第一输入端和第二输入端。控制单元通过第一控制端控制DAC模块输出固定电压，固定电压经过电压跟随器后输入到继电器开关组的输入端。标准ADC采集电压跟随器输出端的电压后反馈给控制单元的第一输入端，控制单元通过第二控制端控制继电器开关组的一路开关闭合，待测ADC采集继电器开关组输出端的电压后反馈给控制单元的第二输入端。

图1的工作原理是：控制单元接收上位机或者其他处理器的输出命令，控制DAC输出指定的电压，控制继电器开关组闭合指定的一路通道，读取标准ADC采样值和待测ADC采样值，计算当前采样通道的增益系数k，计算公式为：

k＝V_C/V₀公式(1)

其中V_C为待测ADC采集到的电压值，V₀为标准ADC采集到的电压值。

电压经过继电器开关组时可以忽略电压损耗。

所述DAC模块，指数字量转模拟量输出电路，输出控制单元指定电压信号，信号经过电压跟随器后，电压值不会被后级采样电路信号影响，可以保持信号的稳定性。

所述继电器开关组，指多个继电器拼成的开关组，继电器之间相互并联，每个继电器的闭合由控制单元控制，闭合后可以输出电压跟随器的电压信号。

所述标准ADC，指经过校准之后的ADC采样芯片，其采到的模拟信号转换为数字信号后，经过增益系数补偿就是待测ADC芯片所采到的原始电压信号。标准ADC芯片在收到控制单元的采样触发信号后，开始采集电压信号，并返回采样值对应的实际电压V₀至控制单元。

所述待测ADC，指未经校准的ADC采样芯片，需要对其增益系数进行校准。待测ADC芯片在收到控制单元的采样触发信号后，开始采集指定通道的模拟电压，并转换为数字信号后返回采样值对应的实际电压V_C至控制单元。

本发明实施例提供一种自动校准ADC多路采样增益的方法，包括以下步骤：

步骤1、控制单元控制DAC模块输出指定的直流电压，经电压跟随器后输入到继电器开关组的输入端。

指定的电流电压值可以为5V，也可以是其他数值，电压值的具体数值不应作为对本发明的限制。

步骤2、控制单元控制继电器开关组的第一继电器闭合。

步骤3、控制单元控制标准ADC采集电压跟随器输出端的电压信号并返回给控制单元。

步骤4、控制单元控制待测ADC采集继电器开关组输出的第一路电压信号并返回给控制单元。

待测ADC返回的电压信号为第一路采样通道电压。

步骤5、控制单元得到标准ADC返回的采样值V₀和待测ADC返回的采样值V₁，计算出第一路通道的采样增益系数k₁。

增益系数的计算公式为：

k_i＝V_i/V₀，其中V₀为标准ADC采集到的电压值，V_i为待测ADC采集到的第i路采样通道的电压值，k_i为第i路采样通道的增益系数。

假设V₀＝5，第一路采样通道电压V₁＝4.98V，则根据上述公式，可计算出第一路通道的采样增益系数k＝V₁/V₀＝0.996。

步骤6、重复步骤2到步骤5直到所有的采样通道都完成增益系数的计算。

本实施例中，控制单元规格为PIC33FJ128，DAC芯片为AD5791BRUZ，继电器开关为DSP2A-DC3V，标准ADC芯片为AD7767，待测ADC芯片为AD7616，其采样通道共有16路。上述规格不应作为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动校准ADC多路采样增益的系统，其特征在于，包括控制单元、DAC模块、电压跟随器、继电器开关组以及标准ADC和待测ADC；所述的控制单元包括第一控制端、第二控制端、第一输入端和第二输入端；所述的控制单元通过第一控制端控制DAC模块输出固定电压，控制单元通过第二控制端控制继电器开关组的一路开关闭合；所述固定电压经过电压跟随器后输入到所述继电器开关组的输入端；所述标准ADC采集电压跟随器输出端的电压后反馈给控制单元的第一输入端，待测ADC采集继电器开关组输出端的电压后反馈给控制单元的第二输入端；

读取标准ADC采样值和待测ADC采样值，计算当前采样通道的增益系数k，计算公式为：

k＝V_C/V₀

其中VC为待测ADC采集到的电压值，V0为标准ADC采集到的电压值；电压经过继电器开关组时可以忽略电压损耗。

2.根据权利要求1所述的自动校准ADC多路采样增益的系统，其特征在于，所述的控制单元根据标准ADC采集的电压和待测ADC采集的电压，计算每路采样通道的增益系数。

3.根据权利要求2所述的自动校准ADC多路采样增益的系统，其特征在于，所述的增益系数的计算公式为：

k＝V_C/V₀，其中：

V_C为待测ADC采集的电压值，V₀为标准ADC采集的电压值。

4.根据权利要求1所述的自动校准ADC多路采样增益的系统，其特征在于，所述继电器开关组包括至少两个相互并联的继电器。

5.一种自动校准ADC多路采样增益的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、控制单元控制DAC模块输出指定的直流电压，经电压跟随器后输入到继电器开关组的输入端；

步骤2、控制单元控制继电器开关组的第一继电器闭合；

步骤3、控制单元控制标准ADC采集电压跟随器输出端的电压信号并返回给控制单元；

步骤4、控制单元控制待测ADC采集继电器开关组输出的第一路电压信号并返回给控制单元；

步骤5、控制单元得到标准ADC返回的采样值V₀和待测ADC返回的采样值V₁，计算出第一路通道的采样增益系数k₁；

步骤6、重复步骤2到步骤5直至所有的采样通道都完成增益系数的计算。

6.根据权利要求5所述的自动校准ADC多路采样增益的方法，其特征在于，所述的增益系数的计算公式为：

k_i＝V_i/V₀，其中V₀为标准ADC采集到的电压值，V_i为待测ADC采集到的第i路采样通道的电压值，k_i为第i路采样通道的增益系数。

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