本發(fā)明涉及復(fù)雜傳感器接口模擬信號發(fā)生領(lǐng)域，具體涉及一種大動態(tài)高精度傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
在傳感器測試系統(tǒng)的研制生產(chǎn)過程中，需要產(chǎn)生模擬的各種傳感器接口信號輸入到傳感器測試系統(tǒng)中以評估傳感器測試系統(tǒng)的測量精度，并對其可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。現(xiàn)有的各種信號發(fā)生裝置都不能同時滿足大動態(tài)和高精度的要求，使得在利用現(xiàn)有的這些信號發(fā)生裝置對某些復(fù)雜的傳感器測試系統(tǒng)進(jìn)行測試評估時，出現(xiàn)評估結(jié)果一致性差，影響評估結(jié)果可信度的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種大動態(tài)高精度傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置，能夠產(chǎn)生具有大動態(tài)幅度和頻率調(diào)節(jié)范圍的高精度傳感器接口模擬信號，滿足各種傳感器測試系統(tǒng)對傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置的應(yīng)用要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種大動態(tài)高精度傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置，包括USB通訊接口、可編程邏輯器件、高精度D/A變換電路、信號調(diào)理濾波電路、高壓輸出電路、輸出接口、電壓變換電路、高精度A/D變換電路；
USB通訊接口與可編程邏輯器件相連，可編程邏輯器件的輸出經(jīng)高精度D/A變換電路、信號調(diào)理濾波電路連接到高壓輸出電路，高壓輸出電路的輸出分別連接到電壓變換電路和輸出接口，電壓變換電路的輸出經(jīng)高精度A/D變換電路連接到可編程邏輯器件。
還包括電源分配電路，電源分配電路輸出的電源分別連接到USB通訊接口、可編程邏輯器件、高精度D/A變換電路、信號調(diào)理濾波電路、高壓輸出電路、電壓變化電路和高精度A/D變換電路。
所述可編程邏輯器件包括直接數(shù)字頻率合成模塊、任意波形配置表模塊、自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊、數(shù)字幅度控制模塊和通訊接口控制模塊；
通訊接口控制模塊與USB通訊接口相連，通訊接口控制模塊的輸出分別連接到直接數(shù)字頻率合成模塊、任意波形配置表模塊和數(shù)字幅度控制模塊，直接數(shù)字頻率合成模塊的輸出連接到自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊，任意波形配置表模塊的輸出連接到直接數(shù)字頻率合成模塊，數(shù)字幅度控制模塊的輸入端與高精度A/D變換電路連接，數(shù)字幅度控制模塊的輸出連接到自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊，自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊的輸出連接到高精度D/A變換電路。
所述高精度D/A變換電路和高精度A/D變換電路中的DA和AD變換器的精度不低于16位。
所述直接數(shù)字頻率合成模塊的相位累加器位數(shù)大于24位。
所述任意波形配置表模塊、自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊和數(shù)字幅度控制模塊中的處理位寬不低于16位。
本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明所述傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的信號具有大動態(tài)的幅度和頻率調(diào)節(jié)范圍，同時具備高精度特性。信號幅度動態(tài)范圍可從-36V～+36V，信號頻率范圍可從DC～100KHz，輸出頻率精度在全頻率范圍內(nèi)優(yōu)于0.1Hz，輸出信號總諧波失真在全頻率范圍內(nèi)，滿幅輸出時優(yōu)于0.01％，滿幅輸出時的幅度精度優(yōu)于0.1％。
本發(fā)明所述裝置產(chǎn)生的信號不僅信號幅度調(diào)節(jié)范圍大、信號頻率和幅度輸出精度高，還具有高壓信號輸出失真小的特點(diǎn)。特別是高壓低失真信號輸出的特性，彌補(bǔ)了當(dāng)前一般信號發(fā)生裝置輸出電壓低、信號失真相對嚴(yán)重的問題。本發(fā)明能夠滿足傳感器測試系統(tǒng)對各種復(fù)雜傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置的實(shí)際需求。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的一種大動態(tài)高精度傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置的電路原理圖。
其中，1-USB通訊接口，2-可編程邏輯器件，3-高精度D/A變換電路，4-信號調(diào)理濾波電路，5-高壓輸出電路，6-輸出接口，7-電壓變換電路，8-高精度A/D變換電路，9-電源分配電路，10-直接數(shù)字頻率合成模塊，11-自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊，12-任意波形配置表模塊，13-數(shù)字幅度控制模塊，14-通訊接口控制模塊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明是一種大動態(tài)高精度傳感器接口模擬信號發(fā)生裝置，包括軟件和硬件兩部分。
所述硬件部分包括USB通訊接口1、可編程邏輯器件2、高精度D/A變換電路3、信號調(diào)理濾波電路4、高壓輸出電路5、輸出接口6、電壓變換電路7、高精度A/D變換電路8和電源分配電路9。USB通訊接口1接收來自外部的指令和信息，在可編程邏輯器件2的控制下，信號通過多個電路經(jīng)過多次變換，最終從輸出接口6對外輸出，用于對傳感器測試系統(tǒng)進(jìn)行測試評估。
其中，USB通訊接口1與可編程邏輯器件2連接，可編程邏輯器件2的輸出連接到高精度D/A變換電路3，高精度D/A變換電路3的輸出連接到信號調(diào)理濾波電路4，信號調(diào)理濾波電路4的輸出連接到高壓輸出電路5，高壓輸出電路5的輸出分別連接到電壓變換電路7和輸出接口6，電壓變換電路7的輸出連接到高精度A/D變換電路8，高精度A/D變換電路8的輸出連接到可編程邏輯器件2。電源分配電路9輸出的電源分別連接到USB通訊接口1、可編程邏輯器件2、高精度D/A變換電路3、信號調(diào)理濾波電路4、高壓輸出電路5、電壓變化電路7和高精度A/D變換電路8。
所述軟件部分用于配置可編程邏輯器件2，可編程邏輯器件2是本發(fā)明的核心部分，包括直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10、任意波形配置表模塊11、自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12、數(shù)字幅度控制13模塊和通訊接口控制14模塊。
其中，通訊接口控制模塊14與USB通訊接口1相連，通訊接口控制模塊14的輸出分別連接到直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10、任意波形配置表模塊11和數(shù)字幅度控制模塊13。直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10的輸出連接到自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12，任意波形配置表模塊11的輸出連接到直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10，數(shù)字幅度控制模塊13的輸入與高精度A/D變換電路8的輸出連接，數(shù)字幅度控制模塊13的輸出連接到自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12，自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12的輸出連接到高精度D/A變換電路3。
本發(fā)明的工作原理如下：
USB通訊接口1用于從外部獲取需要輸出的信號幅度、頻率、波形配置信息，并把接收的信息輸入到可編程邏輯器件2。由可編程邏輯器件2內(nèi)部配置的通訊接口控制模塊14接收來自USB通訊接口1的信息，并分別傳送給直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10、任意波形配置表模塊11和數(shù)字幅度控制模塊13；根據(jù)獲取的信號幅度、頻率、波形配置信息，經(jīng)過任意波形配置表模塊11和直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10合成相應(yīng)的輸出波形進(jìn)入到自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12；同時，從高精度A/D變換電路8反饋的信號經(jīng)過數(shù)字幅度控制模塊13變換以后，進(jìn)入自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12。在自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12中，自適應(yīng)預(yù)失真算法在消除高壓信號失真的同時，還能夠完成對信號幅度的精確控制，并將最終的信號輸出到高精度D/A變換電路3。高精度D/A變換電路3把接收的數(shù)字波形信號變換為模擬電壓信號輸出到信號調(diào)理濾波電路4。信號調(diào)理濾波電路4把接收的單極性信號變換為雙極性信號并進(jìn)行濾波，然后輸出信號進(jìn)入高壓輸出電路5。高壓輸出電路5能夠?qū)π盘栠M(jìn)行高壓放大輸出，輸出的高壓信號一路通過輸出接口6對外輸出，一路進(jìn)入電壓變換電路7進(jìn)行電壓變換。電壓變換電路7把接收的雙極性信號變換為單極性信號并把信號幅度變換到能夠適應(yīng)高精度A/D變換電路8的輸入范圍，然后輸出信號進(jìn)入高精度A/D變換電路8。高精度A/D變換電路8把接收的模擬電壓信號變換為數(shù)字信號輸入到可編程邏輯器件2。電源分配電路9主要用于對硬件電路各部分供電。
本實(shí)施例中，高精度D/A變換電路3和高精度A/D變換電路8中，DA和AD變換器的精度要求不低于16位。電壓變換電路7和高精度A/D變換電路8在工作的環(huán)境溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性能夠滿足輸出信號的精度要求。高壓輸出電路5中的高壓運(yùn)放的增益帶寬積必須在信號輸出頻率范圍內(nèi)滿足輸出幅度要求。直接數(shù)字頻率合成(DDS)模塊10的相位累加器位數(shù)最好大于24位，任意波形配置表模塊11、自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12和數(shù)字幅度控制模塊13中的處理位寬要求不低于16位。自適應(yīng)預(yù)失真處理模塊12的算法要求對輸出信號能夠提供精確的幅度調(diào)節(jié)控制。
上面對本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。