一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法技术

本发明专利技术公开了一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法，抗干扰多通道模拟量采样电路包括控制器、A/D转换器、M个SPI芯片和N个传感器；第M个SPI芯片的数据输出端DoutaM接控制器的校验信号输入端Douta。将M个SPI芯片级联形成菊链采样结构，从而能控制针对任意一个传感器的采样；在第一个SPI芯片与控制器之间设有隔离芯片；在A/D转换器与控制器之间设有隔离芯片。所述的隔离芯片采用ADuM1411芯片，所述的SPI芯片采用ADG739芯片，所述的A/D转换器采用AD7793。该抗干扰多通道模拟量采样电路与方法易于实施，抗干扰效果突出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业自动控制、监控系统、过程控制领域，涉及一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法。
技术介绍
在工业生产过程自动化系统中，工业现场需要监测电压、电流、温度、压力、应力及流量等多种现场物理量，综合成本和适用性考虑，DCS的I/O板卡以及信号传输等涉及到信号采集的部分都采用多通道的模拟采集的技术。在温度采集时，工业上通常采用热电阻(RTD)或热电偶(TC)等温度传感器将温度转换为电信号，然后使用专用的温度检测系统进行检测，并以此进行温度控制。在温度控制时，温度检测的精度及可靠性则尤为重要。在PLC市场中，就有专门用于这类温度采集及控制的温度模块。该温度模块通过模数转换(ADC)处理单元采样，将温度传感器产生的电信号转换为数字信号，然后传送到控制系统中，再换算为温度值，最终实现温度检测。温度采集及控制广泛运用在工业控制的各个领域，尤其是在冶金、化工、火力发电厂、工业制造等领域，而在工业现场应用环境常会涉及电磁干扰、瞬态信号、共模电压及不稳定地电位，可能会影响温度采集系统，降低测量精度。温度采集及控制的好坏、运行性能的合适与否，将直接影响到产品质量、设备运行效率等。近年来温度采集系统的应用范围越来越多、所涉及到的测量信号和信号源的类型越来越宽、对测量的要求也越来越高。国内现在已有不少温度测量和采集的系统，但很多系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对测试环境要求较高等问题。人们需要一种应用范围广、抗干扰能力强、性价比高的多通道温度采集系统。目前我公司的现场总线型的多通道温度采集控制器的ADC都是采用SPI类型的芯片作为高速的模数转换器，在SPI通讯链路上传输的都是数字信号，由于干扰噪音的原因，使得“1”变成了“0”，“0”变成了“1”，从而影响到SPI芯片的性能，甚至于SPI芯片不能正常工作。在某些特殊的环境，如火力发电厂、冶炼冶金行业，现场不确定因素多，信号容易受到干扰，不管从理论分析，还是从经验获得，SPI芯片没有校验功能，因此，抗干扰能力弱，因此，有必要设计一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法，该抗干扰多通道模拟量采样电路与方法易于实施，抗干扰效果突出。专利技术的技术解决方案如下：一种抗干扰多通道模拟量采样电路，包括控制器、A/D转换器、M个SPI芯片和N个传感器；M和N均为大于2的整数；M为偶数；N≤2*M；M个SPI芯片的片选端(CSai，i＝1，2，…，M)均与控制器的片选信号输出端CSa相连；M个SPI芯片的时钟信号输入端(CLKai，i＝1，2，…，M)均与控制器的时钟信号输出端CLKa相连；M个SPI芯片的级联：M个SPI芯片按顺序布置；第一个SPI芯片的数据输入端Dina1接控制器的串行数据输出端Dina；第一个SPI芯片的数据输出端Douta1接第二个SPI芯片的数据输入端Dina2；第二个SPI芯片的数据输出端Douta2接第三个SPI芯片的数据输入端Dina3；依次类推，直到第M-1个SPI芯片的数据输入端Dina(M-1)接前一个SPI芯片的数据输出端Douta(M-2)；第M-1个SPI芯片的数据输出端Douta(M-1)接第M个SPI芯片的数据输入端DinaM；SPI芯片具有输入移位寄存器和2组模拟开关，即A类模拟开关和B类模拟开关；每组模拟开关包括4个模拟开关；第一组模拟开关具有一个公共端DA；第一组模拟开关具有一个公共端DB；M个SPI芯片按顺序分为数量相同的前后2组，前M/2个SPI芯片为第一组，后M/2个SPI芯片为第二组；第一组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接恒流源的2个端子IOUT1和IOUT2；优选地，恒流源的2个端子IOUT1和IOUT2取自A/D转换器的IOUT1和IOUT2引脚；第二组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接A/D转换器的2个输入信号端AIN1(+)和AIN1(-)；A/D转换器的信号连接：A/D转换器的片选端CSb1、时钟信号端CLKb1以及数据输出端Doutb1分别接控制器的片选信号输出端CSb、时钟信号输出端CLKb以及数据输入端Doutb；传感器的信号连接：第一组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关【第一组SPI芯片对应的A类模拟开关的端口号为S(i)AI，B类模拟开关的端口号为S(i)BI】；M*2个A类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二端；【如图4中的S1AI，S1BI；以及S2AI，S2BI等】；第二组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关，【第二组SPI芯片对应的A类模拟开关的端口号为S(i)AV，B类模拟开关的端口号为S(i)BV】；M*2个A类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二端；【如图4中的S1AV，S1BV；以及S2AV，S2BV等】。第M个SPI芯片的数据输出端DoutaM接控制器的校验信号输入端Douta。在第一个SPI芯片与控制器之间设有隔离芯片；在A/D转换器与控制器之间设有隔离芯片。所述的隔离芯片采用ADuM1411芯片，所述的SPI芯片采用ADG739芯片，所述的A/D转换器采用AD7793。所述的M＝4，N＝8。所述的传感器为热电偶或热电阻，也可以是其他类型的传感器，如压力传感器，湿度传感器等等。控制器为单片机或DSP。采样具体过程：(1)对于不需要加载恒流源的传感器；由控制器发出指令控制第二组中的某一SPI芯片的2个模拟开关导通，使得其中一个传感器的两端通过该导通的模拟开关引出电压信号到A/D转换器的信号输入端2个输入信号端AIN1(+)和AIN1(-)，A/D转换器输出数字信号到控制器完成数据采样；(2)对于需要加载恒流源的传感器；先由控制器发出指令控制第一组中的某一SPI芯片的2个模拟开关导通，使得其中一个传感器的两端通过该导通的模拟开关分别连接恒流源的2个端子IOUT1和IOUT2；再由控制器发出指令控制第二组中的某一SPI芯片的2个模拟开关导通，使得其中一个传感器的两端通过该导通的模拟开关引出电压信号到A/D转换器的信号输入端2个输入信号端AIN1(+)和AIN1(-)；A/D转换器输出数字信号到控制器完成数据采样。通过校验过程实现抗干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗干扰多通道模拟量采样电路，其特征在于，包括控制器、A/D转换器、M个SPI芯片和N个传感器；M和N均为大于2的整数；M为偶数；N≤2*M；M个SPI芯片的片选端(CSai，i＝1，2，…，M)均与控制器的片选信号输出端CSa相连；M个SPI芯片的时钟信号输入端(CLKai，i＝1，2，…，M)均与控制器的时钟信号输出端CLKa相连；M个SPI芯片按顺序布置；第一个SPI芯片的数据输入端Dina1接控制器的串行数据输出端Dina；第一个SPI芯片的数据输出端Douta1接第二个SPI芯片的数据输入端Dina2；第二个SPI芯片的数据输出端Douta2接第三个SPI芯片的数据输入端Dina3；依次类推，直到第M‑1个SPI芯片的数据输入端Dina(M‑1)接前一个SPI芯片的数据输出端Douta(M‑2)；第M‑1个SPI芯片的数据输出端Douta(M‑1)接第M个SPI芯片的数据输入端DinaM；SPI芯片具有输入移位寄存器和2组模拟开关，即A类模拟开关和B类模拟开关；每组模拟开关包括4个模拟开关；第一组模拟开关具有一个公共端DA；第一组模拟开关具有一个公共端DB；M个SPI芯片按顺序分为数量相同的前后2组，前M/2个SPI芯片为第一组，后M/2个SPI芯片为第二组；第一组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接恒流源的2个端子IOUT1和IOUT2；第二组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接A/D转换器的2个输入信号端AIN1(+)和AIN1(‑)；A/D转换器的片选端CSb1、时钟信号端CLKb1以及数据输出端Doutb1分别接控制器的片选信号输出端CSb、时钟信号输出端CLKb以及数据输入端Doutb；第一组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关；M*2个A类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二端；；第二组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关；M*2个A类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二端。...

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰多通道模拟量采样电路，其特征在于，包括控制器、A/D转换器、M个SPI芯
片和N个传感器；M和N均为大于2的整数；M为偶数；N≤2*M；
M个SPI芯片的片选端(CSai，i＝1，2，…，M)均与控制器的片选信号输出端CSa相连；
M个SPI芯片的时钟信号输入端(CLKai，i＝1，2，…，M)均与控制器的时钟信号输出端
CLKa相连；
M个SPI芯片按顺序布置；
第一个SPI芯片的数据输入端Dina1接控制器的串行数据输出端Dina；第一个SPI芯片
的数据输出端Douta1接第二个SPI芯片的数据输入端Dina2；第二个SPI芯片的数据输出端
Douta2接第三个SPI芯片的数据输入端Dina3；
依次类推，直到第M-1个SPI芯片的数据输入端Dina(M-1)接前一个SPI芯片的数据输出
端Douta(M-2)；第M-1个SPI芯片的数据输出端Douta(M-1)接第M个SPI芯片的数据输入端
DinaM；
SPI芯片具有输入移位寄存器和2组模拟开关，即A类模拟开关和B类模拟开关；
每组模拟开关包括4个模拟开关；第一组模拟开关具有一个公共端DA；第一组模拟开关
具有一个公共端DB；
M个SPI芯片按顺序分为数量相同的前后2组，前M/2个SPI芯片为第一组，后M/2个SPI芯
片为第二组；
第一组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接恒流源的2个端子IOUT1和IOUT2；
第二组SPI芯片的公共端DA和公共端DB均分别接A/D转换器的2个输入信号端AIN1(+)
和AIN1(-)；
A/D转换器的片选端CSb1、时钟信号端CLKb1以及数据输出端Doutb1分别接控制器的片
选信号输出端CSb、时钟信号输出端CLKb以及数据输入端Doutb；
第一组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关；M*2个A类模拟开关
分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二
端；；
第二组SPI芯片总共具有M*2个A类模拟开关和M*2个B类模拟开关；M*2个A类模拟开关
分别最多能接M*2个传感器的第一端；M*2个B类模拟开关分别最多能接M*2个传感器的第二
端。
2.根据权利要求书1所述的抗干扰多通道模拟量采样电路，其特征在于，第M个SPI芯片
的数据输出端DoutaM接控制器的校验信号输入端Douta。
3.根据权利要求书2所述的抗干扰多通道模拟量采样电路，其特征在于，在第一个SPI
芯片与控制器之间设有隔离芯片；在A/D转换器与控制器之间设有隔离芯片。
4.根据权利要求书3所述的抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓峰，王建新，
申请(专利权)人：湖南先步信息股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43