CN1385706A - 多通道高精度电压及铃流测试装置 - Google Patents

Abstract

一种多通道高精度电压及铃流测试装置,包括依序连接的输入保护及通道选择电路,系统自校准电路、量程变换电路、抗干扰电路和变换选择电路,在所述变换电路的接口上还连接有A/D自校准电路,波形变换电路,所述A/D变换电路与一个驱动和控制电路交换信息,所述波形变换电路与驱动和控制电路相连接,本装置具有测试速度快、测试精度高、测量范围宽、测试通道多、性能稳定等优点,采用本装置无需外接电路即可实现多路宽范围电压的测量。

Description

多通道高精度电压及铃流测试装置

本发明涉及测试技术及基于VXI总线的测试技术，更具体地说，涉及一种可实现多通道高精度电压及铃流测试装置。

VXI(VME bus extension for Instrument的缩写，意思为VME总线在仪器领域的扩展)总线源于工业微机VME(VERSA-Module-Eurocard的缩写，指摩托罗拉公司的VERSA总线-模块-欧洲卡)总线，并在此基础上扩展了仪器需要的链式和星型触发总线、时钟和时钟同步总线、本地总线、装置识别及模拟相加线，是八十年代后期产生并兴起的开放式、模块化仪器总线，它吸取了PC机总线速度快、GPIB(General Purpose Interface Bus的缩写，指通用接口总线)总线精度高的优点，其构成的VXI系统综合了计算机技术、GPIB技术、PC仪器技术、接口技术和模块结构技术等多种技术成果，被公认为是21世纪仪器总线系统和自动测试系统。作为VXI总线系统中的重要组成部分：VXI模块，已有多种产品，但是常规的数据采集装置仅能实现电压的测量，且无信号调理电路，并存在测量路数少、测量范围窄、测量精度低、测试速度慢等缺点。

本发明的目的在于，提供一种可实现多通道高精度电压及铃流测试装置，所提供的装置能同时测试多通道的电压和铃流，并且测量精度高，速度快，不但能测直流电压，还能测交流电压。

本发明的目的通过如下技术方案实现：构造一种多通道高精度电压及铃流测试装置，所述装置包括依序连接的输入保护及通道选择电路、系统自校准及测试选择电路、量程自动变换电路、隔离抗干扰电路和测试及变换选择电路，所述测试及变换选择电路的接口上连接有电压变换电路、波形变换电路、A/D变换电路，在所述A/D变换电路的接口上还连接有A/D自校准电路，还包括与所述A/D变换电路、所述波形变换电路连接的驱动和控制电路，所述驱动和控制电路的输出接口分别连接到所述电压基准源、输入保护及通道选择电路、自校准及测试选择电路、自动量程变换电路和测试及变换选择电路，还包括与所述驱动和控制电路连接的可编程逻辑电路，以及与所述可编程逻辑电路连接的VXI总线及驱动电路。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述输入保护及通道选择电路包括依序连接的二极管保护电路、滤波电路、继电器阵列，所述继电器阵列的控制接口与驱动和控制电路相连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述系统自校准及测试选择电路包括电压基准源、系统基准零位输入电路、系统基准10V输入电路和继电器切换电路以及驱动和控制电路，所述驱动和控制电路连接并控制所述电压基准源、所述继电器切换电路，所述电压基准源分别与系统基准零位输入电路、系统基准10V输入电路连接，而所述系统基准零位输入电路和所述系统基准10V输入电路分别与所述继电器切换电路连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述自动量程变换电路包括信号输入电路，所述输入电路分别与缩小倍数切换电路和放大倍数切换电路相连接，所述缩小倍数切换电路与缩小电路连接，所述放大倍数切换电路与放大电路相连接，所述放大电路和缩小电路与信号输出电路相连接，所述缩小倍数切换电路、所述放大倍数切换电路分别与所述驱动和控制电路相连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述隔离抗干扰电路包括依序连接的二极管保护电路、电容滤波电路和电压跟随电路。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述电压变换电路包括依序连接的电容隔直电路和AC/DC转换电路，所述电容隔直电路的输入接口与二极管保护电路相连接。

在上述按照本发明提供的所述多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述波形变换电路包括依序连接的波形输入电路、过零比较电路、电平变换电路和波形输出电路。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述A/D自校准电路包括AD基准零位输入电路、AD基准10V输入电路，与所述AD基准零位输入电路、所述AD基准10V输入电路连接的A/D变换电路，所述A/D变换电路与所述驱动和控制电路相连接，所述AD基准零位输入电路和所述AD基准10V输入电路、所述电压基准源相连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述A/D变换电路包括依序连接的电容滤波电路、A/D转换电路、调零电路和调满度电路；所述电容滤波电路的输入接口与所述二极管保护电路相连接，所述A/D转换电路与所述驱动和控制电路相连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述电压基准源包括依序连接的数字信号输入电路、D/A转换电路、调零电路、调满度电路、基准电压输出电路，所述数字信号输入电路、所述D/A转换电路分别连接到所述驱动和控制电路。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述驱动和控制电路包括与可编程逻辑电路相连接的数据驱动及锁存电路、地址驱动电路、继电器驱动电路、读写锁存控制电路和A/D转换控制电路。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置，所述可编程逻辑电路包括分别与VXI总线及驱动电路连接的标识寄存器设置电路、类型寄存器设置电路、控制寄存器设置电路、状态寄存器设置电路、动态配置电路、地址比较电路、译码电路、A/D转换时序电路、时钟基准电路、频率计数电路、数据驱动电路，所述译码电路、所述A/D转换时序电路、所述时钟基准电路、所述频率计数电路、所述数据驱动电路译码电路、所述A/D转换时序电路、所述时钟基准电路、所述频率计数电路、所述数据驱动电路，通过一个驱动和控制接口电路与驱动和控制电路相连接。

在上述按照本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置中，所述VXI总线及驱动电路包括VXI总线、与所述VXI总线和可编程逻辑电路相连接的总线驱动电路。

实施本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置，与现有测试装置相比，具有以下特点：1)集信号调理、电路保护、电压及铃流测量于一体。常规的数据采集装置仅能实现电压的测量，且无信号调理电路；2)测量路数多、测量范围宽。本发明的装置具有16路电压通道，所测直流电压可从几毫伏到几百伏，所测交流可达几百伏，用一块本装置无需任何外接电路即可实现多路宽范围电压的测量；3)测量精度高、测试速度快。由于采用了具有200KHZ采样频率、16位分辨率的A/D转换器件，确保装置150KHZ的测试速度和在10V量程范围内可达14位测试精度；4)能自动判别所测电压是直流电压还是交流电压，并自动实现直流电压的测量、交流电压均方根值和频率的测量。

下面结合附图和优选的实施例，对本发明进一步详细描述，附图中：

图1为本发明电压及铃流测试装置的组成框图；

图2为图1中输入保护及通道选择电路的组成框图；

图3为图1中系统自校准及测试选择电路的组成框图；

图4为图1中自动量程变换电路的组成框图；

图5为图1中隔离抗干扰电路的组成框图；

图6为图1中电压变换电路的组成框图；

图7为图1中波形变换电路的组成框图；

图8为图1中A/D自校准电路的组成框图；

图9为图1中A/D变换电路的组成框图；

图10为图1中电压基准源的组成框图；

图11为图1中驱动和控制电路的组成框图；

图12为图1中可编程逻辑电路的组成框图；

图13为图1中VXI总线及驱动电路的组成框图；

图14为多通道直流电压测试的原理框图；

图15为铃流均方根值测试的原理框图；

图16为铃流频率测试的原理框图。

本发明提供的多通道高精度电压及铃流测试装置，包括输入保护及通道选择电路、系统自校准及测试选择电路、自动量程变换电路、隔离抗干扰电路、电压变换电路、波形变换电路、A/D变换电路、驱动和控制电路、电压基准源、可编程逻辑电路、VXI总线及驱动电路组成，所述输入保护及通道选择电路由二极管保护电路、滤波电路、继电器阵列组成，所述系统自校准及测试选择电路由系统基准零位输入、系统基准10V输入组成，所述自动量程变换电路由信号输入电路、缩小倍数切换电路、缩小电路、放大倍数切换电路、放大电路、信号输出电路组成，所述隔离抗干扰电路由二极管保护电路、电容滤波电路、电压跟随电路组成，所述电压变换电路由电容隔直电路、AC/DC转换电路组成，所述波形变换电路由波形输入电路、过零比较电路、电平变换电路、波形输出电路组成，所述A/D变换电路由A/D转换电路、调零电路、调满度电路组成，所述电压基准源由D/A转换电路、调零电路、调满度电路组成，所述驱动和控制电路由数据驱动及锁存、地址驱动、继电器驱动、读写锁存控制、A/D转换控制组成，所述可编程逻辑电路由标识寄存器设置电路、类型寄存器设置电路、控制寄存器设置电路、状态寄存器设置电路、动态配置电路、地址比较电路、译码电路、A/D转换时序电路、时钟基准电路、频率计数电路、数据驱动电路，所述VXI总线及驱动电路包括VXI总线、总线驱动。

在图1所示装置的组成结构中，设有完成输入保护及通道选择的电路101、完成系统自校准及测试选择的电路102、实现量程自动变换的电路103、完成隔离抗干扰的电路104、实现测试及变换选择的电路105、完成电压变换的电路106、完成波形变换的电路107、完成A/D自校准的电路108、完成A/D变换的电路109、执行驱动和控制的电路110、提供电压基准的电压基准源111、完成装置配置及频率测量的可编程逻辑电路112、提供VXI总线及驱动的电路113。

如图2所示，在装置的输入保护及通道选择电路101中，设有二极管保护电路203、滤波电路202、继电器阵列201，所述继电器阵列201与驱动和控制电路110相连接。在本实施例中，保护二极管采用1N5388B，滤波电容采用CT81-16B-Y5V-1KV-0.01uF，继电器阵列采用TQ2-5V。

如图3所示，在装置的系统自校准及测试选择电路102中，设有系统基准零位输入电路302、系统基准10V输入电路301、继电器切换电路303；所述继电器切换电路303与驱动和控制电路110相连接，系统基准零位输入电路302和系统基准10V输入电路301与电压基准源111相连接。在本实施例中，切换继电器的型号采用TQ2-5V。

如图4所示，在装置的自动量程变换电路103中，设有信号输入电路401、缩小倍数切换电路406、缩小电路405、放大切换电路402、放大电路403、信号输出电路404；所述放大切换电路402和缩小倍数切换电路406分别与驱动和控制电路110相连接。在本实施例中，缩小倍数切换电路406采用TQ2-5V，缩小电路405采用精密电阻网络，放大切换电路402采用ADG406BN，放大电路403采用AD713KN。

如图5所示，在装置的隔离抗干扰电路104中，设有二极管保护电路501、电容滤波电路502、电压跟随电路503。在本实施例中，二极管采用IN5242B，滤波电容采用CT41-X7R-50V-0.1uF，电压跟随电路503采用LF411ACN。

如图6所示，在装置的电压变换电路106中设有相互连接的电容隔直电路601和AC/DC转换电路602，所述电容隔直电路601的输入接口与二极管保护电路501相连接。在具体实施例中，隔直电容采用EMK316F335Z，AC/DC转换电路602采用AD536AJD。

如图7所示，在装置的波形变换电路107中，设有波形输入电路701、过零比较电路702、电平变换电路703、波形输出电路704。在本实施例中，过零比较电路702采用LM339N，电平变换电路703采用SN74LS244N。

如图8所示，在装置的A/D自校准电路108中，设有A/D变换电路803，与所述A/D变换电路相连接的AD基准10V输入801和AD基准零位输入802；所述A/D变换电路803与驱动和控制电路110相连接，所述AD基准零位输入电路802、AD基准10V输入电路801与电压基准源111相连接。

如图9所示，在装置的A/D变换电路109中，设有依次连接的电容滤波电路901、A/D转换电路902、调零电路903、调满度电路904；所述电容滤波电路901的输入接口与二极管保护电路501相连接，所述A/D转换电路902还与驱动和控制电路110相连接。在本实施例中，滤波电容采用CT41-X7R-50V-0.015uF，A/D转换电路采用AD976ACR。

如图10所示，在装置的电压基准源111中设有依次连接的数字信号输入电路A01、D/A转换电路A02、调零电路A03、调满度电路A04、基准电压输出电路A05，所述数字信号输入电路A01和D/A转换电路A02分别与驱动和控制电路110相连接。在本实施例中，D/A转换电路A02采用DAC703KU。

如图11所示，在装置的驱动和控制电路110中，设有数据驱动及锁存B01、地址驱动B02、继电器驱动B03、读写锁存控制B04、A/D转换控制B05。在本实施例中，数据地址驱动采用IDT74FCT16245CTPV，继电器驱动采用TD62083AP，锁存采用IDT74FCT16374CTPV和74HC273。

如图12所示，在装置的可编程逻辑器电路112中，设有标识寄存器设置电路C01、类型寄存器设置电路C02、控制寄存器设置电路C03、状态寄存器设置电路C04、动态配置电路C05、地址比较电路C06、译码电路C07、A/D转换时序电路C08、时钟基准电路C09、频率计数电路C10、数据驱动电路C11、驱动和控制接口电路C12。在本实施例中，可编程逻辑器采用EPM7192SQC160-15。

如图13所示，VXI总线及驱动电路113中设有相互连接的VXI总线D01和总线驱动电路D02；总线驱动电路D02与可编程逻辑电路112相连接。在本实施例中，总线驱动采用IDT74FCT16245CTPV。

下面结合附图14-16，进一步详细说明本发明测试装置的测试工作原理：

图14示出了多通道直流电压测试原理，运行测试程序，通过驱动和控制电路110，首先切换量程至缩小倍数最大位置处，然后分别切换系统基准零位电压302和系统基准10V电压301至继电器切换电路303中，利用A/D转换902分别测出其对应值Vzero、Verf，然后再切换被测电压至电路中，利用A/D转换测出其对应值Vtest，对Vzero、Verf、Vtest采用数字滤波技术、误差修正技术进行相应转换，最后计算求出所测电压实际值，并根据所测电压实际值的大小，通过测试程序自动调整量程范围，重复上述测试步骤，直至得到满意结果。

图15是铃流均方根值测试原理方框图；其测试过程是：运行测试程序，通过驱动和控制电路，首先切换量程至缩小倍数适当位置处，然后分别切换系统基准零位电压和系统基准10V电压至电路中，利用A/D转换分别测出其对应值Vzero、Verf，然后再切换铃流电压至电路中，利用AC/DC转换和A/D转换测出其对应值Vtest，对Vzero、Verf、Vtest采用数字滤波技术、误差修正技术进行相应转换，最后计算求出所测铃流电压均方根实际值，送到VXI总线。

图16是铃流频率测试原理方框图，测试时，运行测试程序，通过驱动和控制电路，首先切换量程至缩小倍数适当位置处，然后切换铃流至电路中，利用波形变换电路将铃流正弦波变换成方波，并将其电平变成TTL电平，用时钟基准电路产生标准时钟、用频率计数电路对TTL电平方波进行计数，从而实现铃流频率的测量。本发明测试装置所测频率可从几赫兹到几十兆赫兹。

本发明提出的测试装置的保护范围，不局限于本说明书的描述，在本发明的基础上，对其电路进行适当修改，从而实现单通道、多通道交流电压的测量和频率参数的测量，也属于本发明的公开范围。

Claims (13)

1、一种多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，包括依序连接的输入保护及通道选择电路(101)、系统自校准及测试选择电路(102)、量程自动变换电路(103)、隔离抗干扰电路(104)和测试及变换选择电路(105)，所述测试及变换选择电路(105)的接口上连接有电压变换电路(106)、波形变换电路(107)、A/D变换电路(109)，在所述A/D变换电路(109)的接口上还连接有A/D自校准电路(108)，还包括与所述A/D变换电路(109)、波形变换电路(107)连接的驱动和控制电路(110)，与所述驱动和控制电路(110)连接的电压基准源(111)，所述驱动和控制电路(110)还将输出信号分别提供给所述输入保护及通道选择电路(101)、系统自校准及测试选择电路(102)、自动量程变换电路(103)和测试及变换选择电路(105)，还包括与所述驱动和控制电路(110)连接的可编程逻辑电路(112)，与所述可编程逻辑电路(112)连接的VXI总线及驱动电路(113)。

2、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述输入保护及通道选择电路(101)包括依序连接的二极管保护电路(203)、滤波电路(202)、继电器阵列(201)，所述继电器阵列(201)的控制接口与驱动和控制电路(110)相连接。

3、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述系统自校准及测试选择电路(102)包括电压基准源(111)、系统基准零位输入电路(302)、系统基准10V输入电路(301)和继电器切换电路(303)以及驱动和控制电路(110)，所述驱动和控制电路(110)连接并控制所述电压基准源(111)、所述继电器切换电路(303)，所述电压基准源(111)分别与所述系统基准零位输入电路(302)、系统基准10V输入电路(301)连接，而所述系统基准零位输入电路(302)和所述系统基准10V输入电路(301)分别与所述继电器切换电路(303)连接。

4、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述自动量程变换电路(103)包括信号输入电路(401)，所述输入电路(401)分别与一个缩小倍数切换电路(406)和一个放大倍数切换电路(402)相连接，所述缩小倍数切换电路(406)与一个缩小电路(405)相连接，所述放大倍数切换电路(402)与一个放大电路(403)相连接，所述放大电路和缩小电路与一个信号输出电路(404)相连接，所述缩小倍数切换电路(406)、放大倍数切换电路(402)与驱动和控制电路(110)相连接。

5、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述隔离抗干扰电路(104)包括依序连接的二极管保护电路(501)、电容滤波电路(502)、电压跟随电路(503)。

6、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述电压变换电路(106)包括依序连接的电容隔直电路(601)和AC/DC转换电路(602)，所述电容隔直电路(601)的输入接口与二极管保护电路(501)相连接。

7、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述波形变换电路(107)包括依序连接的波形输入电路(701)、过零比较电路(702)、电平变换电路(703)和波形输出电路(704)。

8、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述A/D自校准电路(108)包括AD基准零位输入电路(802)、AD基准10V输入电路(801)，与所述输入电路(801、802)连接的A/D变换电路(803)，所述A/D变换电路(803)与驱动和控制电路(110)相连接，所述AD基准零位输入电路(802)与所述AD基准10V输入电路(801)、所述电压基准源(111)相连接。

9、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述A/D变换电路(109)包括依序连接的电容滤波电路(901)、A/D转换电路(902)、调零电路(903)和调满度电路(904)；所述电容滤波电路(901)的输入接口与二极管保护电路(501)相连接，所述A/D转换电路(902)与驱动和控制电路(110)相连接。

10、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述电压基准源(111)包括依序连接的数字信号输入电路(A01)、D/A转换电路(A02)、调零电路(A03)、调满度电路(A04)、基准电压输出电路(A05)，所述数字信号输入电路(A01)、D/A转换电路(A02)分别与驱动和控制电路(110)相连接。

11、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述驱动和控制电路(110)中设有数据驱动及锁存电路(B01)、地址驱动电路(B02)、继电器驱动电路(B03)、读写锁存控制电路(B04)和A/D转换控制电路(B05)；上述电路均与可编程逻辑电路(112)相连接。

12、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述可编程逻辑电路(112)包括分别与VXI总线及驱动电路(113)相连接的标识寄存器设置电路(C01)、类型寄存器设置电路(C02)、控制寄存器设置电路(C03)、状态寄存器设置电路(C04)、动态配置电路(C05)、地址比较电路(C06)、译码电路(C07)、A/D转换时序电路(C08)、时钟基准电路(C09)、频率计数电路(C10)、数据驱动电路(C11)，所述译码电路(C07)、A/D转换时序电路(C08)、时钟基准电路(C09)、频率计数电路(C10)、数据驱动电路(C11)译码电路(C07)、A/D转换时序电路(C08)、时钟基准电路(C09)、频率计数电路(C10)、数据驱动电路(C11)，通过一个驱动和控制接口电路(C12)与驱动和控制电路(110)相连接。

13、根据权利要求1所述多通道高精度电压及铃流测试装置，其特征在于，所述VXI总线及驱动电路(113)中设有相互连接的VXI总线(D01)和总线驱动电路(D02)；所述总线驱动电路(D02)与可编程逻辑电路(112)相连接。

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