CN115277330B - 信号传输装置、方法、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种信号传输装置、方法、设备和存储介质，涉及电力电子领域。该装置包括：与多个信号通道一一对应的多个信号调制电路，其中，多个信号调制电路中的每个信号调制电路被配置为对相应信号通道内的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号；与多个信号调制电路一一对应的多个信号解调电路，其中，多个信号解调电路中的每个信号解调电路被配置为对相应的第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。本公开能够抑制信号之间的串扰发生。

Description

信号传输装置、方法、设备和存储介质

技术领域

本公开涉及电力电子领域，尤其涉及一种信号传输装置、方法、设备和存储介质。

背景技术

现常用的电子检测设备、仪器中会存在大量的传感设备，用于检测外界信号，现阶段的产品追求设备的多功能化以及体积的轻便化。但当大量的传感器信号共同存在于同一设备时，会出现信号串扰的现象。线间的串扰大多发生在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上的平行导线之间，串扰的强弱与相邻两个导线间的分布电容、互感和电路本身的阻抗有关，严重的会使设备遭受干扰，从而导致产品设备性能降级或不能正常工作。

目前，为避免多种信号之间发生串扰，主要在PCB布局走线中，对受干扰信号进行减少耦合长度、增加线间距、减小走线到平面层的距离和净化干扰源等措施进行处理。综合考虑下，设计中常采用增大线间距的方法来抑制串扰噪声。但由于设备传感器接口为紧密排布，且考虑设备的小体积因素，采用增加线间距的方式抑制串扰并不理想。另外，增加线间距布局需要资深设计师凭经验设计，没有固定的形式，且抑制信号串扰的效果不可控。

发明内容

本公开要解决的一个技术问题是，提出一种信号传输装置、方法、设备和存储介质，能够抑制信号串扰。

根据本公开一方面，提出一种信号传输装置，包括：与多个信号通道一一对应的多个信号调制电路，其中，多个信号调制电路中的每个信号调制电路被配置为对相应信号通道内的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号；以及与多个信号调制电路一一对应的多个信号解调电路，其中，多个信号解调电路中的每个信号解调电路被配置为对相应的第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

在一些实施例中，该信号传输装置还包括：连续采样电路，被配置为在第三信号的数据变化率大于变化率阈值的情况下，对第三信号进行连续采样；以及平均采样电路，被配置为在第三信号的数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对第三信号进行平均采样。

在一些实施例中，每个信号调制电路包括：振荡电路，被配置为对第一信号进行调制；以及放大电路，被配置为向振荡电路提供能量。

在一些实施例中，振荡电路包括：第一可变电容器，被配置为检测第一信号；第二电容器，第二电容器的第一端与第一可变电容器的第一端连接；以及第一电感器，第一电感器的第一端与第一可变电容器的第二端连接，并作为信号调制电路的第一输出端，第一电感器的第二端与第二电容器的第二端连接，并作为信号调制电路的第二输出端。

在一些实施例中，该信号传输装置还包括：数据缓冲器，被配置为对经过连续采样电路和平均采样电路进行采样后的信号进行数据存储；以及数据比较电路，被配置为判断数据缓冲器中的数据的变化率是否大于变化率阈值。

在一些实施例中，数据比较电路还被配置为判断数据缓冲器中的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值。

根据本公开的另一方面，还提出一种信号传输方法，包括：对多个信号通道中的每个信号通道中的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号；以及对第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

在一些实施例中，在第三信号的数据变化率大于变化率阈值的情况下，对第三信号进行连续采样；以及在第三信号的数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对第三信号进行平均采样。

在一些实施例中，对经过连续采样和平均采样后的信号进行数据存储；以及判断存储的数据的变化率是否大于变化率阈值。

在一些实施例中，判断存储的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值。

根据本公开的另一方面，还提出一种信号传输装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的信号传输方法。

根据本公开的另一方面，还提出一种设备，包括：上述的信号传输装置。

根据本公开的另一方面，还提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的信号传输方法。

本公开的实施例中，考虑到传感信号在传输过程中，易受到频率方面的影响导致产生串扰，采用先调制再解调的方式对信号进行处理。调制采用调频的方式，解调采用鉴频的方式，对信号进行调频后，使得信号载波的频率发生改变，各路信号在频率变化后，会抑制信号之间的串扰发生，解决了因信号串扰导致产品设备性能降级或不能正常工作的问题。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开的信号传输装置的一些实施例的结构示意图；

图2为本公开的信号传输装置的另一些实施例的结构示意图；

图3为本公开的信号调制电路的一些实施例的结构示意图；

图4为本公开的调制、解调波形示意图；

图5为本公开的信号解调电路的一些实施例的结构示意图；

图6为本公开的信号传输装置的另一些实施例的结构示意图；

图7为本公开的信号传输方法的一些实施例的流程示意图；

图8为本公开的信号传输方法的另一些实施例的流程示意图；

图9为本公开的信号传输方法的另一些实施例的流程示意图；以及

图10为本公开的信号传输装置的另一些实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

当系统涉及到多个模拟传感器信号的时候，需对多种传感器信号进行处理，对处理后的信号进行采样，并将采样得到的信号进行内部处理。

图1为本公开的信号传输装置的一些实施例的结构示意图。该信号传输装置包括与多个信号通道一一对应的多个信号调制电路110和与多个信号调制电路一一对应的多个信号解调电路120。一个信号解调电路120与对应的一个信号调制电路110电连接，一个传感器对应一个信号通道，其中，多个指两个或两个以上。

多个信号调制电路中的每个信号调制电路110被配置为对相应信号通道内的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号。多个信号解调电路中的每个信号解调电路120被配置为对相应的第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

在上述实施例中，考虑到传感信号在传输过程中，易受到频率方面的影响导致产生串扰，采用先调制再解调的方式对信号进行处理。调制采用调频的方式，解调采用鉴频的方式，对信号进行调频后，使得信号载波的频率发生改变，各路信号在频率变化后，会抑制信号之间的串扰发生，解决了因信号串扰导致产品设备性能降级或不能正常工作的问题。

在得到多个第三信号后，需要对多个第三信号进行采样。

图2为本公开的信号传输装置的另一些实施例的结构示意图，该装置还包括连续采样电路210和平均采样电路220。

连续采样电路210被配置为在第三信号的数据变化率大于变化率阈值的情况下，对第三信号进行连续采样。平均采样电路220被配置为在第三信号的数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对第三信号进行平均采样。连续采样电路210和平均采样电路220分别与信号解调电路120电连接。

采样电路的具体结果本公开并不做限定。

在一些实施例中，连续采样电路210还被配置为在第三信号存在多次数据变化率大于变化率阈值的情况下，对第三信号进行连续采样。平均采样电路220被配置为在第三信号存在多次数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对第三信号进行平均采样。

在上述实施例中，信号的数据变换率大于阈值，说明当前环境不稳定，存在信号突变，此时应该进行实时采样。信号的数据变换率小于或等于阈值，说明当前环境稳定，此时采用平均采样能够保证数据的准确性。该实施例实现了多传感器信号的稳定通讯，提高了信号采样的准确性与实时性。

图3为本公开的信号调制电路的一些实施例的结构示意图。该信号调制电路包括振荡电路310和放电电路320。振荡电路310被配置为对第一信号进行调制，放大电路320被配置为向振荡电路提供能量。

在一些实施例中，振荡电路310包括第一可变电容器C1、第二电容C2和第一电感器L。

第一可变电容器C1为信号调制器件，被配置为检测第一信号，该第一可变电容器C1为电容传感器件。第二电容器C2的第一端与第一可变电容器C1的第一端连接。第一电感器L的第一端与第一可变电容器C1的第二端连接，并作为信号调制电路的第一输出端，第一电感器L的第二端与第二电容器C2的第二端连接，并作为信号调制电路的第二输出端。

由第一可变电容器C1、第二电容器C2和第一电感器L构成振荡电路，输出振荡频率为的输出波形。通过改变第一可变电容器C1的电容大小改变信号的振荡频率f。

在一些实施例中，放大电路320包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、三极管Q、第三电容器C3和第四电容器C4。第一电阻器R1的第一端与第二电阻器R2的第一端连接；第一电阻器R1的第二端与第四电阻器R4的第一端连接，并连接电源端；第四电阻器R4的第二端与三极管Q的第一端连接；三极管Q的控制端分别与第一电阻器R1的第一端和第二电阻器R2的第一端连接；三极管Q的第二端与第三电阻器R3的第一端连接，并分别与第二电容器C2的第一端和第一可变电容器C1的第一端连接；第三电阻器R3的第二端与第二电阻器R2的第二端连接，并接地；第三电容器C3的第一端分别与第一电阻器R1的第一端和第二电阻器R2的第一端连接；第三电容器C3的第二端与第二电阻器R2的第二端连接；第四电容器C4的第一端与第四电阻器R4的第二端连接；第四电容器C4的第二端与第二电容器C2的第二端连接。

第三电容器C3和第四电容器C4为耦合电容器；三极管Q为NPN三极管，三极管Q的第一端为集电极、第二端为发射极、控制端为基极；第一电阻器R1和第二电阻器R2为三极管Q提供稳定的基极电压；第四电容器C4为第二电容器C2提供在振荡中所损耗的能量，第四电阻器R4与第三电阻器R3对三极管Q的集电极、发射极进行限流。

该信号调制电路的电流顺时针流向时，经第一电阻器L流出的电流分流，一路流向第一可变电容器C1，一路经第三电容器C3流向三极管Q，此时，三极管Q导通，该电流放大为(1+β)倍，为第二电容器C2充电，此能量是由第四电容器C4提供的。当电流逆时针流向时，流经第二电容器C2的电流分流，一路流向第一可变电容器C1，一路流向第三电阻器R3，因有电流流向第三电阻器R3导致三极管Q发射极电位升高，三极管Q导通能力下降，三极管Q集电极电位上升给第四电容器C4进行充电。信号调制电路输出的振荡波形Us如图4所示。

上述实施例中，根据敏感元器件的容值变化特性，改变LC振荡频率实现信号调频，使传感器信号频率差异化，能够降低产品设备因信号串扰导致性能降级的概率，解决PCB增加布线间距以及层数的问题。

图5为本公开的信号解调电路的一些实施例的结构示意图。该信号解调电路包括谐振回路电路510和包络检波电路520。谐振回路电路510被配置为利用谐振频率的变化控制第二信号电压幅值的变化。包络检波电路520被配置为将第二信号的频率恢复为第一频率，并提取第二信号的电压幅值。

谐振回路电路510包括变压器T的副边和第五电容器C5，变压器T的原边与信号调制电路的输出端连接，第五电容器C5与变压器T的副边并联，第五电容器C5可为可变电容器，能够更改谐振频率。

包络检波电路520包括单相导通器件VD、第五电阻器RL和第六电容器C6，单相导通器件VD例如为二极管。第五电阻器RL通过单相导通器件VD与第五电容器C5并联，第六电容器C6与第五电阻器RL并联，第六电容器C6的两端作为信号解调电路的输出端。

在第二信号的频率接近谐振回路电路510的谐振频率时，第五电容器C两端电压较高，当第二信号的频率远离谐振回路电路510的频率时，第五电容器C5两端电压较低。利用调频信号频率的变化控制电压幅值的变化。

第五电容器C5输出的电压经过二极管VD实现包络检波，经过第六电容器C6滤出高频载波信号。第六电容器C6输出的波形Uo如图4所示。

本公开的另一些实施例中，传感器信号经过信号调制解调后，通过采样电路进行采样。本公开根据传感器环境的变化、传感信号是否稳定以及考虑信号的准确性，在信号采样中采用连续采样与平均采样两种模式。如图6所示，该信号传输装置还包括数据缓冲器610和数据比较电路620。

数据缓冲器610分别与连续采样电路210和平均采样电路220电连接，数据比较电路与数据缓冲器610电连接，并与连续采样电路210和平均采样电路220电连接。

数据缓冲器610被配置为对经过连续采样电路210和平均采样电路220进行采样后的信号进行数据存储。数据比较电路620被配置为判断数据缓冲器610中的数据的变化率是否大于变化率阈值。数据比较电路620例如为比较器。

在一些实施例中，数据比较电路620还被配置为判断数据缓冲器中的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值，使得判断结果更加准确。

在一些实施例中，当系统开始运行时采用连续采样模式，数据经数据缓冲器610储存，数据缓冲器610可储存数据量为n，其中，n为自然数。当存在C1次连续数据变化率时，利用平均采样电路220进行平均采样，可设定为每K个数据求取一次平均值。其中，D_n为第n个数据，b％为变化率阈值，K为自然数。在平均采样过程中，当数据缓冲器610所储存的数据中，存在C2次连续数据变化率时，利用连续采样电路进行连续采样。

在上述实施例中，若存在多次连续数据变化率大于变化率阈值，则说明传感器所在的环境存在突变，传感器采集的信号不稳定，此时需要连续采样，实时处理传感信号所采集的数据。若存在多次连续数据变化率小于或等于变化率阈值，则说明传感器在稳定的环境中，通过求取采集数据的平均值来保证数据的准确性。

图7为本公开的信号传输方法的一些实施例的流程示意图。

在步骤710，对多个信号通道中的每个信号通道中的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号。

在步骤720，对第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

在上述实施例中，考虑到传感器信号在传输过程中，易受到频率方面的影响导致产生串扰，采用先调制再解调的方式对信号进行处理。对信号进行调频后，使得信号载波的频率发生改变，各路信号在频率变化后，会抑制信号之间的串扰发生，通过解调，使得信号恢复原始频率。

图8为本公开的信号传输方法的另一些实施例的流程示意图。

在步骤810，判断第三信号的数据变化率是否大于变化率阈值，若是，则执行步骤820，否则，执行步骤830。

在一些实施例中，对经过连续采样和平均采样后的信号进行数据存储，判断存储的数据的变化率是否大于变化率阈值。

在一些实施例中，判断存储的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值。

在步骤820，对第三信号进行连续采样。

在步骤830，对第三信号进行平均采样。

上述实施例，实现了多传感信号的稳定通讯，提高信号采样的准确性与实时性，增强了信号的抗干扰性，防止内部元器件对通讯信号的影响。

在本公开的一些实施例中，如图9所示，包括步骤910-9130。

在步骤910，初始设置，令i＝0，j＝0，i为数据变化率小于或等于阈值的次数，j为数据变化率大于阈值的次数。

在步骤920，对第三信号进行连续采样。

在步骤930，数据缓冲器对采样后的数据进行存储。该数据缓冲器的数据存储容量为n。

在步骤940，判断数据变化率A是否大于阈值b％，若是，则执行步骤950，否则，执行步骤960。

在步骤950，i＝0。后续执行步骤920。

在步骤960，i＝i+1。后续执行步骤970。

在步骤970，判断i是否大于次数阈值C1，若是，则执行步骤920，否则，执行步骤980。

在步骤980，对第三信号进行平均值采样。

在步骤990，数据缓冲器对采样后的数据进行存储。

在步骤9100，判断数据变化率A是否小于或等于阈值b％，若是，则执行步骤9110，否则，执行步骤9120。

在步骤9110，j＝0。后续执行步骤980。

在步骤9120，j＝j+1。后续执行步骤9130。

在步骤9130，判断j是否大于次数阈值C2，若是，则执行步骤920，否则，执行步骤980。

在上述实施例中，采用双模式采样方式进行传感器的信号采集,通过传感器所处环境来选择采样的模式，既能提高信号采集的准确性，又能够对环境突变情况下的信号进行实时处理。

图10为本公开的信号传输装置的另一些实施例的结构示意图。该装置1000包括存储器1010和处理器1020。其中：存储器1010可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器1010用于存储上实施例中的指令。处理器1020耦接至存储器1010，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器1020用于执行存储器中存储的指令。

在一些实施例中，处理器1020通过BUS总线1030耦合至存储器1010。该装置1000还可以通过存储接口1040连接至外部存储装置1050以便调用外部数据，还可以通过网络接口1060连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)，此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够抑制多传感信号见发生信号串扰的问题。

在一些实施例中，保护一种设备，该设备包括上述实施例中的信号传输装置。

在另一些实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种信号传输装置，包括：

与印制电路板中的多个信号通道一一对应的多个信号调制电路，其中，所述多个信号调制电路中的每个信号调制电路被配置为对相应信号通道内的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号，不同信号通道的信号在频率变化后会抑制信号之间的串扰发生，其中，一个传感器对应一个信号通道，所述第一信号为传感器信号；以及

与多个信号调制电路一一对应的多个信号解调电路，其中，所述多个信号解调电路中的每个信号解调电路被配置为对相应的第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

2.根据权利要求1所述的信号传输装置，还包括：

连续采样电路，被配置为在所述第三信号的数据变化率大于变化率阈值的情况下，对所述第三信号进行连续采样；以及

平均采样电路，被配置为在所述第三信号的数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对所述第三信号进行平均采样。

3.根据权利要求1或2所述的信号传输装置，其中，所述每个信号调制电路包括：

振荡电路，被配置为对所述第一信号进行调制；以及

放大电路，被配置为向所述振荡电路提供能量。

4.根据权利要求3所述的信号传输装置，其中，所述振荡电路包括：

第一可变电容器，被配置为检测所述第一信号；

第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述第一可变电容器的第一端连接；以及

第一电感器，所述第一电感器的第一端与所述第一可变电容器的第二端连接，并作为信号调制电路的第一输出端，所述第一电感器的第二端与所述第二电容器的第二端连接，并作为信号调制电路的第二输出端。

5.根据权利要求2所述的信号传输装置，还包括：

数据缓冲器，被配置为对经过所述连续采样电路和所述平均采样电路进行采样后的信号进行数据存储；以及

数据比较电路，被配置为判断所述数据缓冲器中的数据的变化率是否大于变化率阈值。

6.根据权利要求5所述的信号传输装置，其中，

所述数据比较电路还被配置为判断所述数据缓冲器中的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值。

7.一种信号传输方法，包括：

对印制电路板中的多个信号通道中的每个信号通道中的具有第一频率的第一信号进行调制，得到具有第二频率的第二信号，不同信号通道的信号在频率变化后会抑制信号之间的串扰发生，其中，一个传感器对应一个信号通道，所述第一信号为传感器信号；以及

对所述第二信号进行解调，得到具有第一频率的第三信号。

8.根据权利要求7所述的信号传输方法，还包括：

在所述第三信号的数据变化率大于变化率阈值的情况下，对所述第三信号进行连续采样；以及

在所述第三信号的数据变化率小于或等于变化率阈值的情况下，对所述第三信号进行平均采样。

9.根据权利要求8所述的信号传输方法，还包括：

对经过连续采样和平均采样后的信号进行数据存储；以及

判断存储的数据的变化率是否大于变化率阈值。

10.根据权利要求9所述的信号传输方法，还包括：

判断存储的数据是否存在多次连续数据变化率大于变化率阈值。

11.一种信号传输装置，包括：

存储器；以及

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求7至10任一所述的信号传输方法。

12.一种设备，包括：

权利要求1至6、11任一所述的信号传输装置。

13.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求7至10任一所述的信号传输方法。