CN113805786B - 一种模拟信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟信号采集系统，包括：至少2台星务计算机；对于每个星务计算机，该星务计算机中包括模数转换ADC芯片；处于常工作状态的供电电路；基准电压供电电路；中央处理器CPU；电平钳制电路；ADC芯片的模拟信号采集端与卫星平台电连接；ADC芯片的电源端与供电电路电连接；ADC芯片的串行外设端与CPU的输入端电连接；ADC芯片的使能端分别与CPU的输出端以及电平钳制电路电连接；ADC芯片的参考电压端与基准电压供电电路电连接；每个星务计算机中的ADC芯片的模拟信号采集端通过私有公共接插件电连接。本申请通过将供电电路设置为常工作状态，以及增加电平钳制电路，使得ADC芯片在未接收到使能信号时处于高阻态，从而避免了电源潜通路的产生。

Description

一种模拟信号采集系统

技术领域

本发明涉及模拟量信号采集技术领域，具体而言，涉及一种模拟信号采集系统。

背景技术

对于用于采集模拟信号的模拟信号采集系统(电路)，其采集模拟信号的模式包括多机(至少两台计算机)热备份模式(每台计算机均处于加电工作状态)和多机(至少两台计算机)冷备份模式(一台计算机作为接收模拟信号的主机，处于加电工作状态，其余计算机作为冷备份的备机，每一备机均处于断电状态)。相比于多机热备份模式，多机冷备份的系统冗余以其结构清晰，工作机制简单以及可靠性较高等优点得到了越来越多的采用，但相比于多机热备份模式，在冷备份系统中如何确保每一备机与主机、与其余备机、以及与输出模拟信号的平台之间的完全隔离，从而避免备机与备机之间，备机与主机之间，备机与输出模拟信号的平台之间产生电源潜通路是一个突出的问题。

在传统方式中的多机冷备份模式下，为了防止电源潜通路的产生，通常采用隔离芯片对作为备机的计算机进行(电流、信号等的)隔离(隔离芯片设置于每个备机中的ADC芯片的模拟信号采集端与输出模拟信号的平台之间)，然而，采用隔离芯片会导致计算机的整体功耗和包络大小增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟信号采集系统，通过将每一计算机中的供电电路置为常工作状态，以及，在每一计算机中的ADC芯片的使能端额外增加一个电平钳制电路，以实现在计算机处于断电状态(即作为备机)时使其中的ADC芯片处于高阻态，使得电流、信号等无法流入备机中的ADC芯片的模拟信号采集端(由于计算机是通过ADC芯片的模拟信号采集端与外部电连接，因此电流、信号等便无法流入处于断电状态的计算机/备机，从而实现避免产生电源潜通路)，从而在不增加计算机功耗和包络大小的情况下，避免了电源潜通路的产生。

本申请实施例提供了一种模拟信号采集系统，包括：至少2台星务计算机；

其中，对于每个所述星务计算机，该星务计算机中包括用于接收来自卫星平台的模拟信号，并将所述模拟信号转换为数字信号的模数转换ADC芯片；用于为所述ADC芯片提供工作电压的供电电路，所述供电电路处于常工作状态；用于在该星务计算机处于工作状态时，为所述ADC芯片提供基准电压的基准电压供电电路；用于在该星务计算机处于工作状态时，输出使能信号至所述ADC芯片的使能端，以及接收来自所述ADC芯片的所述数字信号的中央处理器CPU；用于在所述ADC芯片的使能端未接收到所述使能信号时，将所述ADC芯片的使能端钳制在与所述使能信号的电平为相反电平的电平钳制电路；

所述ADC芯片的模拟信号采集端与所述卫星平台电连接；

所述ADC芯片的电源端与所述供电电路电连接；

所述ADC芯片的串行外设端与所述CPU的输入端电连接；

所述ADC芯片的使能端分别与所述CPU的输出端以及所述电平钳制电路电连接；

所述ADC芯片的参考电压端与所述基准电压供电电路电连接；

每个所述星务计算机中的ADC芯片的模拟信号采集端通过私有公共接插件电连接。

在一种可能的实施方式中，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机中的电平钳制电路包括一个下拉电阻，所述下拉电阻的第一端与该星务计算机中的ADC芯片的使能端电连接，所述下拉电阻的第二端接地。

在一种可能的实施方式中，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为低电平信号，则该星务计算机中的电平钳制电路包括一个上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与该星务计算机中的ADC芯片的使能端电连接，所述上拉电阻的第二端与该星务计算机中的供电电路电连接。

在一种可能的实施方式中，还包括：用于控制所述供电电路开关状态的开关。

在一种可能的实施方式中，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机中的ADC芯片为ADS8344芯片。

在一种可能的实施方式中，所述基准电压供电电路为DC-DC稳压电路。

在一种可能的实施方式中，所述DC-DC稳压电路为毫伏级DC-DC稳压电路或微伏级DC-DC稳压电路。

在一种可能的实施方式中，所述下拉电阻的阻值在1kΩ～10kΩ之间。

在一种可能的实施方式中，所述上拉电阻的阻值在1kΩ～10kΩ之间。

在一种可能的实施方式中，所述供电电路输出的所述工作电压的电压值在3.3V～5V之间。

本发明实施例提供的一种模拟信号采集系统，通过将每一计算机中的供电电路置为常工作状态，以及，在每一计算机中的ADC芯片的使能端额外增加一个电平钳制电路，以实现在计算机处于断电状态(即作为备机)时使其中的ADC芯片处于高阻态，使得电流、信号等无法流入备机中的ADC芯片的模拟信号采集端(由于计算机是通过ADC芯片的模拟信号采集端与外部电连接，因此电流、信号等便无法流入处于断电状态的计算机/备机，从而实现避免产生电源潜通路)，从而在不增加计算机功耗和包络大小的情况下，避免了电源潜通路的产生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种模拟信号采集系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种模拟信号采集系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种模拟信号采集系统的结构示意图；

附图标记说明：1-卫星平台；2-星务计算机；3-ADC芯片；4-供电电路；5-CPU；6-电平钳制电路；7-基准电压供电电路；8-下拉电阻；9-上拉电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

图1示出了本发明实施例所提供的一种模拟信号采集系统的结构示意图，如图1所示，包括：至少2台星务计算机2；

其中，对于每个所述星务计算机2，该星务计算机2中包括用于接收来自卫星平台1的模拟信号，并将所述模拟信号转换为数字信号的模数转换ADC芯片3；用于为所述ADC芯片3提供工作电压的供电电路4，所述供电电路4处于常工作状态；用于在该星务计算机2处于工作状态时，为所述ADC芯片3提供基准电压的基准电压供电电路7；用于在该星务计算机2处于工作状态时，输出使能信号至所述ADC芯片3的使能端，以及接收来自所述ADC芯片3的所述数字信号的中央处理器CPU5；用于在所述ADC芯片3的使能端未接收到所述使能信号时，将所述ADC芯片3的使能端钳制在与所述使能信号的电平为相反电平的电平钳制电路6；

所述ADC芯片3的模拟信号采集端与所述卫星平台1电连接；

所述ADC芯片3的电源端与所述供电电路4电连接；

所述ADC芯片3的串行外设端与所述CPU5的输入端电连接；

所述ADC芯片3的使能端分别与所述CPU5的输出端以及所述电平钳制电路6电连接；

所述ADC芯片3的参考电压端与所述基准电压供电电路7电连接；

每个所述星务计算机2中的ADC芯片3的模拟信号采集端通过私有公共接插件电连接。

下面对本申请提供的一种模拟信号采集系统的工作原理进行具体说明：

从至少两台星务计算机2中，任意选取一台星务计算机2作为接收模拟信号的主机，其余的星务计算机2则作为冷备份的备机。其中，作为主机的星务计算机2处于通电的工作状态，作为备机的星务计算机2则均处于断电状态(非工作状态)；私有公共接插件用于星务计算机之间的信号交互。

卫星平台1输出模拟信号至每一星务计算机2的模拟信号采集端，处于加电工作状态的主机中的供电电路4处于工作状态，输出供电电压(工作电压)至主机中的ADC芯片3的电源端；主机中的CPU5处于工作状态，通过输出端输出使能信号至主机中的ADC芯片3的使能端，以使主机中的ADC芯片3能够正常工作；主机中的基准电压供电电路7处于工作状态，输出基准电压至主机中的ADC芯片3(的参考电压端)，以使主机中的ADC芯片3根据基准电压将从卫星平台1处接收到的模拟信号转换为数字信号；主机中的ADC芯片3在将模拟信号转换为数字信号后，(通过串行外设端)将模拟信号传输至主机中的CPU5(的输入端)。

对于每一备机，该备机处于断电状态(非工作状态)，该备机中的供电电路4处于工作状态(即，常工作状态指的是，对于每一星务计算机2，不论该星务计算机2是否处于工作状态，该星务计算机2中的供电电路4都处于工作状态)，输出工作电压至该备机中的ADC芯片3；该备机中的基准电压供电电路7不工作(即，对于每一星务计算机2，若该星务计算机2处于工作状态，则该星务计算机2中的基准电压供电电路7也处于工作状态；若该星务计算机2处于非工作状态，则该星务计算机2中的基准电压供电电路7也处于非工作状态)，因此，该备机中的ADC芯片3的参考电压端无基准电压输入；该备机中的CPU5不工作(即，对于每一星务计算机2，若该星务计算机2处于工作状态，则该星务计算机2中的CPU5也处于工作状态；若该星务计算机2处于非工作状态，则该星务计算机2中的CPU5也处于非工作状态)，因此该备机中的ADC芯片3的使能端无使能信号输入，该备机中的电平钳制电路6将该备机中的ADC芯片3的使能端钳制在与使能信号的电平为相反电平的电平(即，若对该备机中的ADC芯片3而言使能信号为高电平信号，该备机中的电平钳制电路6则将该备机中的ADC芯片3的使能端钳制在低电平；若对该备机中的ADC芯片3而言使能信号为低电平信号，该备机中的电平钳制电路6则将该备机中的ADC芯片3的使能端钳制在高电平)，从而使该备机中的ADC芯片3的各端均处于关断状态，使该备机和主机、任一其余备机和卫星平台1处于隔离状态。

对于每一星务计算机2而言，该星务计算机2中的CPU5处于工作状态时输出的使能信号可以是高电平信号，也可以是低电平信号，取决于该台星务计算机2中的ADC芯片3的使能端是以高电平信号作为使能信号还是以低电平信号作为使能信号。

在一种可能的实施方式中，图2示出了本发明实施例所提供的一种模拟信号采集系统的结构示意图，如图2所示，对于每个所述星务计算机2，若该星务计算机2中的CPU5输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机2中的电平钳制电路6包括一个下拉电阻8，所述下拉电阻8的第一端与该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端电连接，所述下拉电阻8的第二端接地。

对于每一星务计算机2而言，若该星务计算机2中的CPU5(处于工作状态时)输出的使能信号为高电平信号，那么为了使该星务计算机2中的ADC芯片3处于高阻态(即，使该星务计算机2中的ADC芯片3上的各端均处于关断状态)，从而使该星务计算机2作为备机时，与作为主机的星务计算机2、任一其余作为备机的星务计算机2和卫星平台1处于隔离状态，那么则需要在该星务计算机2处于断电状态时，将该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端钳制在低电平。

为此，优选的，本申请将该星务计算机2中的电平钳制电路6设置为一下拉电阻8，该下拉电阻8一端接该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端，一端接地，这样，即可实现在该星务计算机2作为处于断电状态的备机(即，该星务计算机2中的CPU5不输出高电平使能信号至该星务计算机2中的ADC芯片3)时，将该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端钳制在低电平，从而将该星务计算机2中的ADC芯片3上的各端置于关断状态，达到信号隔离、防止电源潜通路产生的效果。

在一种可能的实施方式中，图3示出了本发明实施例所提供的一种模拟信号采集系统的结构示意图，如图3所示，对于每个所述星务计算机2，若该星务计算机2中的CPU5输出的使能信号为低电平信号，则该星务计算机2中的电平钳制电路6包括一个上拉电阻9，所述上拉电阻9的第一端与该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端电连接，所述上拉电阻9的第二端与该星务计算机2中的供电电路4电连接。

对于每一星务计算机2而言，若该星务计算机2中的CPU5(处于工作状态时)输出的使能信号为低电平信号，那么为了使该星务计算机2中的ADC芯片3处于高阻态(即，使该星务计算机2中的ADC芯片3上的各端均处于关断状态)，从而使该星务计算机2作为备机时，与作为主机的星务计算机2、任一其余作为备机的星务计算机2和卫星平台1处于隔离状态，那么则需要在该星务计算机2处于断电状态时，将该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端钳制在高电平。

为此，优选的，本申请将该星务计算机2中的电平钳制电路6设置为一上拉电阻9，该上拉电阻9一端接该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端，一端接该星务计算机2中的供电电路4，这样，即可实现在该星务计算机2作为处于断电状态的备机(即，该星务计算机2中的CPU5不输出低电平使能信号至该星务计算机2中的ADC芯片3)时，将该星务计算机2中的ADC芯片3的使能端钳制在高电平，从而将该星务计算机2中的ADC芯片3上的各端置于关断状态，达到信号隔离、防止电源潜通路产生的效果。

在一种可能的实施方式中，还包括：用于控制所述供电电路4开关状态的开关。

每一星务计算机2的供电电路4还设置有开关，这样，在无需进行信号采集时，可以通过开关将供电电路4置为关闭状态，以减少多余的能耗。

在一种可能的实施方式中，对于每个所述星务计算机2，若该星务计算机2中的CPU5输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机2中的ADC芯片3为ADS8344芯片。

ADS8344芯片为以高电平信号作为使能信号的ADC芯片。

在一种可能的实施方式中，所述基准电压供电电路7为DC-DC稳压电路。

在一种可能的实施方式中，所述DC-DC稳压电路为毫伏级DC-DC稳压电路或微伏级DC-DC稳压电路。

为了提高模拟信号转换为数字信号的转换精度，本申请采用高精度的毫伏级DC-DC稳压电路或微伏级DC-DC稳压电路。

在一种可能的实施方式中，所述下拉电阻8的阻值在1kΩ～10kΩ之间。

在一种可能的实施方式中，所述上拉电阻9的阻值在1kΩ～10kΩ之间。

在一种可能的实施方式中，所述供电电路4输出的所述工作电压的电压值在3.3V～5V之间。

本申请提供的一种模拟信号采集系统，通过将每一星务计算机中用于为ADC芯片进行供电的供电电路置于常工作状态，以及，在每一星务计算机的ADC芯片的使能端额外增加一电平钳制电路，能够将每一处于断电状态的星务计算机(即备机)中的ADC芯片的使能端置于使能信号电平的相反电平，从而使每一处于断电状态的备机中的ADC芯片处于高阻态，这样，使得电流、信号等无法流入备机中的ADC芯片的模拟信号采集端(由于星务计算机是通过ADC芯片的模拟信号采集端与外部电连接，因此电流、信号等便无法流入处于断电状态的星务计算机/备机，从而实现避免电源潜通路的产生)，无需隔离芯片也能达到信号隔离的效果，防止了电源潜通路的形成，从而减少了计算机的功耗和包络大小。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，本申请中不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟信号采集系统，其特征在于，包括：至少2台星务计算机；

其中，对于每个所述星务计算机，该星务计算机中包括用于接收来自卫星平台的模拟信号，并将所述模拟信号转换为数字信号的模数转换ADC芯片；用于为所述ADC芯片提供工作电压的供电电路，所述供电电路处于常工作状态；用于在该星务计算机处于工作状态时，为所述ADC芯片提供基准电压的基准电压供电电路；用于在该星务计算机处于工作状态时，输出使能信号至所述ADC芯片的使能端，以及接收来自所述ADC芯片的所述数字信号的中央处理器CPU；用于在该星务计算机处于断电状态时，将所述ADC芯片的使能端钳制在与所述使能信号的电平为相反电平，以使所述ADC芯片的模拟信号采集端处于高阻态的电平钳制电路；

所述ADC芯片的模拟信号采集端与所述卫星平台电连接；

所述ADC芯片的电源端与所述供电电路电连接；

所述ADC芯片的串行外设端与所述CPU的输入端电连接；

所述ADC芯片的使能端分别与所述CPU的输出端以及所述电平钳制电路电连接；

所述ADC芯片的参考电压端与所述基准电压供电电路电连接；

每个所述星务计算机中的ADC芯片的模拟信号采集端通过私有公共接插件电连接；

在进行冷备份模式下的模拟信号采集时，所述至少2台星务计算机中的某一台为处于工作状态的、用于采集所述模拟信号的主机，所述主机之外的星务计算机则均为处于断电状态的备机。

2.根据权利要求1所述的模拟信号采集系统，其特征在于，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机中的电平钳制电路包括一个下拉电阻，所述下拉电阻的第一端与该星务计算机中的ADC芯片的使能端电连接，所述下拉电阻的第二端接地。

3.根据权利要求1所述的模拟信号采集系统，其特征在于，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为低电平信号，则该星务计算机中的电平钳制电路包括一个上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与该星务计算机中的ADC芯片的使能端电连接，所述上拉电阻的第二端与该星务计算机中的供电电路电连接。

4.根据权利要求1所述的模拟信号采集系统，其特征在于，还包括：用于控制所述供电电路开关状态的开关。

5.根据权利要求1所述的模拟信号采集系统，其特征在于，对于每个所述星务计算机，若该星务计算机中的CPU输出的使能信号为高电平信号，则该星务计算机中的ADC芯片为ADS8344芯片。

6.根据权利要求1所述的模拟信号采集系统，其特征在于，所述基准电压供电电路为DC-DC稳压电路。

7.根据权利要求6所述的模拟信号采集系统，其特征在于，所述DC-DC稳压电路为毫伏级DC-DC稳压电路或微伏级DC-DC稳压电路。

8.根据权利要求2所述的模拟信号采集系统，其特征在于，所述下拉电阻的阻值在1kΩ~10kΩ之间。

9.根据权利要求3所述的模拟信号采集系统，其特征在于，所述上拉电阻的阻值在1kΩ~10kΩ之间。

10.根据权利要求8或9所述的模拟信号采集系统，其特征在于，所述供电电路输出的所述工作电压的电压值在3.3V~5V之间。

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