一種多通道電壓信號采集電路的精度修正電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的多通道電壓 信號采集電路的精度修正電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要采集大量的機(jī)上傳感器數(shù)據(jù)，其中模擬電壓信號多大幾十 路。這些模擬電壓信號一般要求的采樣率不高。所以，一般由多通道模擬信號采集電路采 用輪詢的方式進(jìn)行采集。請參閱圖1，多通道模擬信號采集電路由順次連接的前端調(diào)理電 路、多路模擬開關(guān)、差分放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、采集控制模塊組成。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)多通道模擬信號采集電路通過多通道模擬開關(guān)，每時刻只選擇其中一個 通道的信號進(jìn)行采集。在此架構(gòu)下，由于模擬開關(guān)和后部電路分布電容的存在，導(dǎo)致通道切 換時，上通道采集時公共通道分布電容上的殘留電荷，會影響下一通道的信號。
[0004] 參考圖2 (前端電路分解圖）舉例說明如下：通道選擇前，由于模擬開關(guān)都是不導(dǎo) 通狀態(tài)，可以認(rèn)為差分輸入濾波電容12 (以下簡稱：C1)電壓與輸入信號電壓相同為Ui。在 接通瞬間，C1通過多通道模擬開關(guān)21向模擬開關(guān)分布電容22 (以下簡稱：C2)和差分放大 器輸入分布電容31 (簡稱：C3)充電，由于多通道模擬開關(guān)21導(dǎo)通阻抗很小，所以C1、C2和 C3很快就能達(dá)到電壓平衡。此時，輸入信號Ui通過差分輸入隔離電阻11 (以下簡稱：R)給 Cl、C2和C3充電，直到電容上電壓與輸入信號電壓差值滿足精度要求后，方可啟動采集，以 保證采集的精度。在多通道模擬開關(guān)21某一通道接通后到啟動采集的過程，稱之為信號建 立過程。
[0005] 參考附圖3,實際情況下，信號在建立后期趨勢變緩，要提高精度需要花費(fèi)更多的 時間，影響信號的采樣率。因此，在設(shè)計過程中，需要一種方法能夠保證精度的同時，同時降 低信號建立時間，提高采樣率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：提供一種能夠在保證采樣精度的同時，提高采樣率的多通道電壓信號 采集電路中的精度修正方法電路。
[0007] 另外，本發(fā)明還提供一種多通道電壓信號采集電路中的精度修正方法。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案：一種多通道電壓信號采集電路的精度修正電路，其將多通道模 擬信號采集電路中的多路模擬開關(guān)其的一路輸入端接地，另有一路接基準(zhǔn)電壓源，其電壓 輸出為基準(zhǔn)電壓Vref，其余輸入端分別接需采集的信號源。
[0009] -種基于所述的多通道電壓信號采集電路的精度修正方法，其采用固定的建立時 間采集基準(zhǔn)電壓源通道的電壓，然后每采集一個信號通道η的數(shù)據(jù)，則先切換到接地通道， 將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，然后切換到下一個信號通道η+1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 [0010] 所述的多通道電壓信號采集電路的精度修正方法，其包括如下步驟：
[0011] 步驟1 :選擇接地通道，并延時時間tl;
[0012] 步驟2 :切換到基準(zhǔn)電壓源通道，延時時間t2后采集實際基準(zhǔn)電壓Vr;
[0013] 步驟3 :切換到接地通道，并延時時間tl;
[0014] 步驟4 :切換到通道n，延時時間t2后采集信號電壓Vsn;
[0015] 步驟5 :切換到接地通道，并延時時間tl;
[0016] 步驟6 :采用心=Ks77得出通道n的修正后的實際信號電壓值，其中，Vref為 理論基準(zhǔn)電壓；
[0017] 步驟7 :循環(huán)步驟4~6,完成其它通道的采集。
[0018] 有益效果：本發(fā)明多通道電壓信號采集電路的精度修正電路通過采用接地放電和 基準(zhǔn)源修正的方式，可以很容易在保證信號采集精度的同時，大幅提高采樣率。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明多通道模擬信號采集電路原理框圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明硬件現(xiàn)有前端電路圖；
[0021] 圖3為信號建立過程（信號電壓隨時間的變化曲線）；
[0022] 圖4為本發(fā)明硬件改進(jìn)電路圖，
[0023] 其中，1-前端調(diào)理電路、2-多路模擬開關(guān)、3-放大器、4-模數(shù)轉(zhuǎn)化器、5-采集控制 模塊、11-差分輸入隔離電阻、12-差分輸入濾波電容、21-多通道模擬開關(guān)、22-模擬開關(guān)分 布電容、31-差分放大器輸入分布電容、32-差分放大器。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明的一種實施例做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025] 請參考圖4,本發(fā)明多通道電壓信號采集電路中的精度修正方法電路將圖2中所 示現(xiàn)有前端電路中的AINm通道改為直接接地。即將多通道模擬信號采集電路中的多路模 擬開關(guān)其的一路輸入端接地，另有一路接基準(zhǔn)電壓源，其電壓輸出為基準(zhǔn)電壓Vref，其余輸 入端接信號通道。
[0026] 本發(fā)明基于所述的多通道電壓信號采集電路的精度修正方法采用固定的建立時 間采集基準(zhǔn)電壓源通道的電壓，然后每采集一個信號通道η的數(shù)據(jù)，則先切換到接地通道， 將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，然后切換到下一個信號通道η+1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其 具體過程如下：
[0027] 步驟1 :選擇接地通道，并延時時間tl，從而在采集基準(zhǔn)電壓源通道的電壓信號前 將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，使得采集到的基準(zhǔn)電壓值更精確；
[0028] 步驟2 :切換到基準(zhǔn)電壓源通道，延時時間t2后采集基準(zhǔn)電壓的實際值Vr，延時的 作用是等待該基準(zhǔn)電壓源通道建立穩(wěn)定，使得采集到的電壓值更精確；而采集到的Vr是作 為后續(xù)精度修正計算的參數(shù)；
[0029] 步驟3 :切換到接地通道，并延時時間tl，從而在采集下一個信號通道的電壓信號 前將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，使得下一個信號通道采集的電壓值更精確；
[0030] 步驟4 :切換到通道n，延時時間t2后采集信號電壓Vsn，延時的作用是等待該信 號通道建立穩(wěn)定，使得采集到的電壓值更精確；而采集到的Vsn是作為后續(xù)精度修正計算 的參數(shù)；
[0031] 步驟5 :切換到接地通道，并延時時間tl，從而在采集下一個信號通道的電壓信號 前將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，使得下一個信號通道采集的電壓值更精確；
[0032] 步驟6 :采用= 得出通道η的修正后的實際信號電壓值，其中，Vref為 Vr 基準(zhǔn)電壓的理論值；
[0033] 步驟7 :循環(huán)步驟4~6,完成其它通道的采集，以此方式實現(xiàn)多通道電壓信號的采 集，且在提高采樣率的同時保證信號的采樣精度。
[0034] 具體的信號建立延時時間t2,根據(jù)公式②計算，一般情況下，應(yīng)盡可能的保證t2 時信號建立精度接近信號采集要求的精度，以得到較高的運(yùn)算精度，但與達(dá)到信號采集要 求精度的建立時間應(yīng)有較大差距。
[0035] 在使用本發(fā)明所述算法和硬件，可將飛行參數(shù)采集系統(tǒng)在保證精度的同時，提高 采樣率到2倍以上。舉例說明如下：
[0036] 參考圖2和圖4,對于圖2所示電路和原有采集方法，信號通道切換到通道AIN1之 后等待信號建立，電容C3充電電壓變化隨時間的變化公式：
[0037]
[0038] 注：Ui、U2和U3分別為輸入信號電壓、C2上的初始電壓和C3上的初始電壓Uc30 為C3信號建立過程初始電壓，Uc3為C3上的電壓值，t為充電時間。
[0039] 根據(jù)前端R、C1和后端分布電容來確定信號建立的時間，在信號建立精度為Acc的 情況下，桉照公式(I)可知應(yīng)當(dāng)有：
[0040]
[0041] 在1?為3001^，（：1為101^，后端分布電容02+03為100??情況下，對于99.5%的精 度要求，信號建立時間約為2ms;
[0042] 如果將信號精度建立精度降低到99. 25%，則信號建立時間只需0. 84ms?？梢娫?99. 25%精度建立后到達(dá)99. 5%的精度還需要長達(dá)1. 16ms。在所有接口都相同，且給定相 同的建立時間的情況下，各接口信號建立精度也是相同的，與輸入信號電壓無關(guān)。采用基準(zhǔn) 源修正的方式，可以很容易在保證精度的同時，大幅提高采樣率。
【主權(quán)項】
1. 一種多通道電壓信號采集電路的精度修正電路，其特征在于，將多通道模擬信號采 集電路中的多路模擬開關(guān)其的一路輸入端接地，另有一路接基準(zhǔn)電壓源，其電壓輸出為基 準(zhǔn)電壓化ef，其余輸入端分別接需采集的信號源。2. -種基于權(quán)利要求1所述的多通道電壓信號采集電路的精度修正方法，其特征在 于，采用固定的建立時間采集基準(zhǔn)電壓源通道的電壓，然后每采集一個信號通道n的數(shù)據(jù)， 則先切換到接地通道，將公共通道分布電容上的電荷釋放掉，然后切換到下一個信號通道 n+1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多通道電壓信號采集電路的精度修正方法，其特征在于，包 括如下步驟： 步驟1:選擇接地通道，并延時時間tl; 步驟2:切換到基準(zhǔn)電壓源通道，延時時間t2后采集實際基準(zhǔn)電壓化； 步驟3 :切換到接地通道，并延時時間tl; 步驟4 :切換到通道n，延時時間t2后采集信號電壓Vsn; 步驟5 :切換到接地通道，并延時時間tl; 步驟6:采用-Kw得出通道n的修正后的實際信號電壓值，其中，化ef為理論 基準(zhǔn)電壓； 步驟7 :循環(huán)步驟4~6,完成其它通道的采集。
【專利摘要】本發(fā)明屬于航空電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的多通道電壓信號采集電路的精度修正電路及方法。本發(fā)明將多通道模擬信號采集電路中的多路模擬開關(guān)其的一路輸入端接地，另有一路接基準(zhǔn)電壓源，其電壓輸出為基準(zhǔn)電壓Vref，其余輸入端分別接需采集的信號源。本發(fā)明采用固定的建立時間采集基準(zhǔn)電壓源通道的電壓，然后每采集一個信號通道n的數(shù)據(jù)，則先切換到接地通道，將公共通道上的分布電容上的電荷釋放掉，然后切換到下一個信號通道n+1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而在保證提高采樣率的同時提高信號的采樣精度。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號】CN105372474
【申請?zhí)枴緾N201510654419
【發(fā)明人】田軍, 徐聞?wù)?
【申請人】陜西千山航空電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月10日