一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，包括采集板主体，所述采集板主体的一侧设置有传感器信号输入，所述传感器信号输入的一侧连接有低噪声前置放大器，所述低噪声前置放大器的两端分别连接有可编程增益放大器，所述采集板主体的另一侧设置有USB接口，所述采集板主体的中央设置有差分AD驱动器，所述差分AD驱动器的一侧设置有同步采样AD，所述同步采样AD的顶端设置有微控制器；所述的低噪声前置放大器、可编程增益放大器、差分AD驱动器依次电连接，所述差分AD驱动器通过模数转换器与微控制器电连接；本实用新型专利技术的优点在于：具有灵活性高，成本低，能直接和MATLAB互联，适配性强、移植性强，使用方便、节省能源，适用性广。

【技术实现步骤摘要】
一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器
本技术涉及一种传感器，具体地说是一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，属于传感器领域。
技术介绍
由于早年使用场景相对特殊，可以接受高成本，所以大多数市场上的矢量传感器，都是在普通标量传感器基础上，通过堆器件、堆功耗、堆接口的方式实现矢量传感功能，存在成本高、功耗大、使用不便的问题，市场上的矢量传感器的接口通常为各厂家专用接口，对标准接口、标准软件支持得不够，存在适配性不高、移植性不好的问题，市场上的矢量传感器模拟端口的输入阻抗不够高，对输入信号的阻抗有要求，难以支持近年来流行的小型容性传感器，存在适用性还不够广的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术设计了一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，具有灵活性高，成本低，能直接和MATLAB互联，适配性强、移植性强，使用方便、节省能源，适用性广。本技术的技术方案为：一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，包括采集板主体，所述采集板主体的一侧设置有传感器信号输入，所述传感器信号输入的一侧连接有低噪声前置放大器，所述低噪声前置放大器的两端分别连接有可编程增益放大器，所述采集板主体的另一侧设置有USB接口，所述采集板主体的中央设置有差分AD驱动器，所述差分AD驱动器的一侧设置有同步采样AD，所述同步采样AD的顶端设置有微控制器；所述的低噪声前置放大器、可编程增益放大器、差分AD驱动器依次电连接，所述差分AD驱动器通过模数转换器与微控制器电连接。其中，所述低噪声前置放大器具有极低的输入噪声，用于放大传感器的微小输入信号，同时将传感器的高输出阻抗变为低输出阻抗的放大芯片；所述可编程增益放大器为由编程控制放大倍数的放大芯片；所述差分AD驱动器为将单端信号转换为平衡差分信号，同时为模数转换器提供较低的输出阻抗的驱动芯片；所述模数转换器为将模拟信号转换为数字信号的芯片；所述微控制器为通过编程来控制板子上其他器件的自带储存器的微型处理器芯片。所述采集板主体的底端边侧分别设置有LDO电源和开关电源，且接口为miniUSB接口，为抑制震荡、晶振之间对同步采样AD模拟部分干扰噪音。电源部分置于版图右下角、微控制器位于版图右上角、模拟位于版图左半部；所述采集板主体的顶端边侧设置有同步信号接口，所述同步信号接口分别包括从机同步信号输出、同步信号输入和主机同步信号输出。模拟部分从前到后依次为：USB电源、LDO电源和模拟电路；数字部分从前到后依次为：USB电源、开关电源电路和数字电路；同步信号部分从前到后依次为：同步信号输入接口、MCU同步信号输入、MCU同步信号输出和同步信号输出接口。具体的，该传感器依托高输入阻抗多通道数据采集系统，采集四通道传感器的电压输入，以USB接口输出数字信号，同时解决主机和从机之间同步问题，采集板信号数为4通道电压信号，采样通道过程保持一致同步，传输过程不失真、不丢包，测试软件过程使用MATLAB工具或调试助手，编程软件使用IAR平台C语言，采用菊花链的方式进行多块电路板之间的采样时钟同步，灵活性高，实施成本低，USB接口连接方便，通用性强，虚拟串口协议简化PC端软件开发，直接支持MATLAB高集成度和低功耗设计，仅从USB取电即可支持12通道同步采样和回传模拟输入端超高输入阻抗，可用小型容性传感器采集极低频信号；该传感器输入信号AC通过电容耦合进入OPA运算放大器输入部分，OPA运算放大器采用压随方式处理高低阻转换，模数转换部分OPA运算放大器输出低通滤波后输入至同步采样AD模数转换芯片，将模拟信号采样后变换为数字信号输出，电源部分整体供电系统部分使用MP1540芯片压降电源后，再经过LDO低压差线性稳压电源芯片HT7150芯片稳压，计算、处理、同步、转换，均由微控制器STM32完成。电路器件采用100%全贴片式器件，输入接口：采用标准2.54排针；输出和电源接口：采用标准miniUSB接口。元件布局：为抑制震荡、晶振之间对同步采样AD模拟部分干扰噪音，版图将电源部分置于右下角、微控制器位于右上角、模拟位于左半部。电路中数字地包括微控制器、USB接口、同步信号接口、ADC的数字部分和模拟地包括模拟信号输入、前置放大、可编程放大、AD驱动、AD的模拟部分隔离区分，并将地线屏蔽即数字地和模拟地之间的屏蔽置于PCB层中间，以解决层和层之间寄生电容耦合的噪声互扰，本技术的有益效果为：（1）采用菊花链（即相邻节点两两相连而形成线状或环状）的方式，进行多块电路板之间的采样时钟同步，具有灵活性高的特点，能够带来实施成本低的效果；（2）采用USB接口连接，以及虚拟串口协议，简化PC端软件开发，具有能直接和MATLAB互联的特点，能够带来适配性强、移植性强的效果；（3）采用高集成度和低功耗（系统功耗控制在5V/200mA以内）设计,具有仅需从USB取电即可支持12通道同步采样和回传的特点，能够带来使用方便、节省能源的效果；（4）采用高性能运算放大器作为输入，具有模拟端口超高输入阻抗的特点，能够带来适用性广，特别是能支持小型容性传感器采集极低频信号的效果。下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1为本技术实施例一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器的整体结构示意图；图2为本技术实施例一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器的模数转换电路（把模拟信号转换为数字信号的电路，由模数芯片搭配滤波器和无源器件组成）结构示意图；图3为本技术实施例一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器的电源电路（为模数转换电路提供低噪声模拟电源的电路）结构示意图；图4为本技术实施例一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器的微控制器电路（用于控制的微控制器及外围电路，由微控制器芯片、时钟和复位等组成）结构示意图；图中：1、采集板主体；2、低噪声前置放大器；3、传感器信号输入；4、可编程增益放大器；5、同步采样AD；6、LDO电源；7、开关电源；8、USB接口；9、微控制器；10、同步信号接口；11、差分AD驱动器。具体实施方式以下对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1如图1所示，一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，包括采集板主体1，所述采集板主体1的一侧设置有传感器信号输入3，所述传感器信号输入3的一侧连接有低噪声前置放大器2，所述低噪声前置放大器2的两端分别连接有可编程增益放大器4，所述采集板主体1的另一侧设置有USB接口8，所述采集板主体1的中央设置有差分AD驱动器11，所述差分AD驱动器11的一侧设置有同步采样AD5，所述同步采样AD5的顶端设置有微控制器9。所述的低噪声前置放大器2、可编程增益放大器4、差分AD驱动器11依次电连接，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，其特征在于：包括采集板主体，所述采集板主体的一侧设置有传感器信号输入，所述传感器信号输入的一侧连接有低噪声前置放大器，所述低噪声前置放大器的两端分别连接有可编程增益放大器，所述采集板主体的另一侧设置有USB接口，所述采集板主体的中央设置有差分AD驱动器，所述差分AD驱动器的一侧设置有同步采样AD，所述同步采样AD的顶端设置有微控制器；/n所述的低噪声前置放大器、可编程增益放大器、差分AD驱动器依次电连接，所述差分AD驱动器通过模数转换器与微控制器电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，其特征在于：包括采集板主体，所述采集板主体的一侧设置有传感器信号输入，所述传感器信号输入的一侧连接有低噪声前置放大器，所述低噪声前置放大器的两端分别连接有可编程增益放大器，所述采集板主体的另一侧设置有USB接口，所述采集板主体的中央设置有差分AD驱动器，所述差分AD驱动器的一侧设置有同步采样AD，所述同步采样AD的顶端设置有微控制器；
所述的低噪声前置放大器、可编程增益放大器、差分AD驱动器依次电连接，所述差分AD驱动器通过模数转换器与微控制器电连接。


2.根据权利要求1所述的一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，其特征在于：所述低噪声前置放大器具有极低的输入噪声，用于放大传感器的微小输入信号，同时将传感器的高输出阻抗变为低输出阻抗的放大芯片；
所述可编程增益放大器为由编程控制放大倍数的放大芯片；
所述差分AD驱动器为将单端信号转换为平衡差分信号，同时为模数转换器提供较低的输出阻抗的驱动芯片；
所述模数转换器为将模拟信号转换为数字信号的芯片；
所述微控制器为通过编程来控制板子上其他器件的自带储存器的微型处理器芯片。


3.根据权利要求2所述的一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，其特征在于：所述采集板主体的底端边侧分别设置有LDO电源和开关电源，且接口为miniUSB接口，为抑制震荡、晶振之间对同步采样AD模拟部分干扰噪音。


4.根据权利要求3所述的一种高输入阻抗多通道数据采集矢量传感器，其特征在于：电源部分置于版图右下角、微控制器位于版图右上角、模拟位于版图左半部；
所述采集板主体的顶端边侧设置有同步信号接口，所述同步信号接口分别包括从机同步信号输出、同步信号输入和主机同步信号输出。


5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱松，
申请(专利权)人：北京维盛新仪科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11