一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置及其控制方法，该装置包括CPU芯片、高速模拟开关阵列、多路高速运放，高速运放OP对输入的高频模拟信号进行阻抗匹配变换，高速模拟开关阵列对经过高速运放后的多路高频模拟信号进行通道切换，CPU芯片负责接收来自其它控制系统的命令，进而控制高速模拟开关阵列完成输入与输出通道的矩阵切换操作。本发明专利技术的优点在于：操作简单、模拟信号幅度范围大、信号频率范围宽、通道间可矩阵式随机切换等特点，特别适用于带冗余控制的多通道模拟高频信号采集场所，如多通道核脉冲信号采集系统。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置及其控制方法
本专利技术涉及一种矩阵切换装置，特别是一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置及其控制方法，适用于带冗余控制的多通道模拟高频信号采集场所，如多通道核脉冲信号采集系统。
技术介绍
矩阵是指纵横排列的二维数据表格，最早来自于方程组的系数及常数所构成的方阵，如M×N矩阵。矩阵不仅是高等代数学中的常见工具，也常见于统计分析等应用数学学科，比如在电子学、力学、光学和量子物理中都有应用。在电子学中，在M路的信号输入的情况下，有N路的信号输出选择，即形成了矩阵结构。而矩阵切换就是对矩阵里任意一个信号的调度调配，矩阵的任意一路输出信号的输入源，可以选择矩阵的任意一路输入信号，同时，矩阵的任意一路输入信号，可以同时指派给矩阵的任意一路输出信号，相互不干扰。矩阵切换技术目前主要应用于音视频领域，是伴随着音视频处理技术的发展而发展的。20世纪90年代初期音视频矩阵在社会需求的带动下出现雏形，受当时计算机技术以及电子技术等的限制，只能在视频的模拟层对矩阵进行控制和切换。所谓的矩阵设备仅仅是简单的单片机，通过串口与计算机相连对系统进行控制，且不能完成多路输出。20世纪90年代后期，出现了昂贵的大型矩阵主机，所需设备繁多，矩阵系统庞大而复杂，仍然是在模拟信号层对视频进行控制和切换。步入21世纪以来，随着数字技术、微电子技术和网络技术的不断进步，出现了具有强大联机和网络功能的网络数字音视频矩阵。目前，音视频矩阵正向着数字化、网络化、集成化、模块化方向发展。随着各行各业技术的发展，不仅在音视频领域对矩阵切换技术得到广泛应用，在其它领域也对矩阵切换技术存在迫切需求。如在核辐射探测领域，当在稳定性和可靠性要求较高的场所，进行多路核脉冲信号采集时，需要进行通道的冗余设计，即利用多个通道同时传输信号，当某一通道发生异常时，迅速切换到其它通道，确保信号采集的实时、准确、可靠。然而现有的矩阵式多通道切换系统均针对音视频信号，如果将其用于核脉冲信号，不仅体积较大，其信号幅度和频率带宽也难以满足要求。如MAXIM系列的大规模视频通道矩阵切换芯片MAX4357，其输入脉冲幅度范围为1Vpp或2Vpp，信号频率带宽为10M左右。而核脉冲信号的幅度范围可达-5V~+5V或0~+12V，频率带宽可达50MHz，需求设计专门的多通道高频模拟信号矩阵切换装置及其控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置，通过CPU芯片控制高速模拟开关阵列实现多路高频模拟信号的通道矩阵切换操作，适用于带冗余控制的多通道模拟高频信号采集场所，如多通道核脉冲信号采集系统；本专利技术的另一目的在于提供该装置的控制方法。本专利技术的技术方案为：一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置，该装置包括CPU芯片、高速模拟开关阵列、多路高速运放，高速运放OP对输入的高频模拟信号进行阻抗匹配变换，高速模拟开关阵列对经过高速运放后的多路高频模拟信号进行通道切换，CPU芯片负责接收来自其它控制系统的命令，进而控制高速模拟开关阵列完成输入与输出通道的矩阵切换操作。所述高速运放可工作于单电源模式或双电源模式，其同相端并联阻抗匹配电阻，并连接到输入的高频模拟信号，高速运放工作于跟随器模式；所述高速模拟开关阵列的输入通道CHX连接到高速运放的输出端，CHY通道输出经过矩阵切换后的模拟高频信号；所述CPU芯片的串行通讯引脚连接到其它控制系统，CPU芯片根据接收自其它控制系统的命令展开工作，通过串行驱动总线接口控制高速模拟开关阵列。一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置的控制方法，包括如下步骤：步骤一，CPU从串口通讯接口接收来自其他控制系统的命令，并对命令进行解析；步骤二，确定输入通道CHXi对应的输出通道CHYj，并确定该通道链是否要打开或关闭；步骤三，CPU芯片从串行驱动总线接口输出通道矩阵切换控制命令给高速模拟开关阵列；步骤四，判断所有CHXi是否都已配置完成，若未完成，将CHXi加1并进入步骤二进行下一个通道链的配置，若完成则进入步骤五；步骤五，启动全局的通道切换锁存命令，完成所有通道的矩阵切换操作。本专利技术的优点在于：操作简单、模拟信号幅度范围大、信号频率范围宽、通道间可矩阵式随机切换等特点，特别适用于带冗余控制的多通道模拟高频信号采集场所，如多通道核脉冲信号采集系统。附图说明图1为本专利技术实施例1的操作流程图；图2为本专利技术的电路连接示意图1；图3为本专利技术的电路连接示意图2。具体实施方式下面通过附图和具体实施方式对本专利技术作更为详细的描述。参见图1-图3，本多通道高频模拟信号矩阵切换装置，包括CPU芯片、高速模拟开关阵列、多路高速运放，所述高速运放OP对输入的高频模拟信号进行阻抗匹配变换，高速模拟开关阵列对经过高速运放后的多路高频模拟信号进行通道切换，CPU芯片负责接收来自其它控制系统的命令，进而控制高速模拟开关阵列完成输入与输出通道的矩阵切换操作。进一步，所述高速运放可工作于单电源模式或双电源模式，其同相端并联阻抗匹配电阻，并连接到输入的高频模拟信号，高速运放工作于跟随器模式；所述高速模拟开关阵列的输入通道CHX连接到高速运放的输出端，CHY通道输出经过矩阵切换后的模拟高频信号；所述CPU芯片的串行通讯引脚连接到其它控制系统，CPU芯片根据接收自其它控制系统的命令展开工作，通过串行驱动总线接口控制高速模拟开关阵列。一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一，CPU芯片从串口通讯接口接收来自其他控制系统的命令，并对命令进行解析；步骤二，确定输入通道CHXi对应的输出通道CHYj，并确定该通道链是否要打开或关闭；步骤三，CPU芯片从串行驱动总线接口输出通道矩阵切换控制命令给高速模拟开关阵列；步骤四，判断所有CHXi是否都已配置完成，若未完成，将CHXi加1并进入步骤二进行下一个通道链的配置，若完成则进入步骤五；步骤五，启动全局的通道切换锁存命令，完成所有通道的矩阵切换操作。本专利技术的高速模拟开关阵列可采用ADG2108，高速运放可采用AD817，CPU可采用STM32F103，如图2所示，ADG2108的矩阵切换阵列为10×8的方式，此时CPU芯片通过I2C总线接口驱动ADG2108，若ADG2108采用+12V电源供电时、高速运放采用±12V或±15V电源供电，且高速运放工作于跟随器方式，以确保其稳定的高输入阻抗和低输出阻抗，防止输入高频模拟信号的幅度衰减，此时输入的模拟信号幅度范围可达0~12V、频率范围可到0~50MHz；若ADG2108采用±5V电源供电时，输入的模拟信号幅度范围可达-5V~+5V，其它性能类似。本专利技术的高速模拟开关阵列也可采用AD75019，如图3所示，AD75019的矩阵切换阵列为16×16的方式，此时CPU通过SPI总线接口驱动AD75019，若AD75019与高速运放AD817均采用±12V电源供电，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置，其特征在于：该装置包括CPU芯片、高速模拟开关阵列、多路高速运放，高速运放OP对输入的高频模拟信号进行阻抗匹配变换，高速模拟开关阵列对经过高速运放后的多路高频模拟信号进行通道切换，CPU芯片负责接收来自其它控制系统的命令，进而控制高速模拟开关阵列完成输入与输出通道的矩阵切换操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种多通道高频模拟信号矩阵切换装置，其特征在于：该装置包括CPU芯片、高速模拟开关阵列、多路高速运放，高速运放OP对输入的高频模拟信号进行阻抗匹配变换，高速模拟开关阵列对经过高速运放后的多路高频模拟信号进行通道切换，CPU芯片负责接收来自其它控制系统的命令，进而控制高速模拟开关阵列完成输入与输出通道的矩阵切换操作。


2.根据权利要求1所述多通道高频模拟信号矩阵切换装置，其特征在于：所述高速运放可工作于单电源模式或双电源模式，其同相端并联阻抗匹配电阻，并连接到输入的高频模拟信号，高速运放工作于跟随器模式；所述高速模拟开关阵列的输入通道CHX连接到高速运放的输出端，CHY通道输出经过矩阵切换后的模拟高频信号；所述CPU芯片的串行通讯引脚连接到其它控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，刘琦，刘丹，王仁波，杨林森，陈锐，
申请(专利权)人：北京信成科技集团，泛华检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11