一种多通道模拟量采集系统及其信号串扰抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多通道模拟量采集系统及其信号串扰抑制方法，包括由多个16选1的多路模拟开关构成的两级多路模拟开关、运算放大器、2个具备采样保持功能的模数转换器，以及控制器，每一片模拟开关均预留一个通道接地，模拟量信号分别接至两级多路模拟开关的每一个通道，控制器通过对两级多路模拟开关进行地址选择和选通控制，能够控制在某一时刻只有一个通道的模拟信号传输到两级多路模拟开关的后端，信号经过两级多路模拟开关选通之后，再经过由运算放大器构成的跟随电路，送至后级的具备采样保持功能的模数转换器进行采集。本发明专利技术解决了多通道模拟信号在高速采集时通道间存在的串扰问题，同时保证系统的采集速度和精度，提高系统的稳定性和可靠性。提高系统的稳定性和可靠性。提高系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道模拟量采集系统及其信号串扰抑制方法


[0001]本专利技术属于信号采集
，尤其涉及一种多通道模拟量采集系统及其信号串扰抑制方法。

技术介绍

[0002]弹(机)载计算机作为现代武器系统的核心部件，常常需要对多路不同连续变化的模拟量信号进行实时采集、传输与处理，从而获取当前系统的工作状态。因此，系统对模拟量的采集路数、采集速度、采集精度、数据稳定性要求也越来越高。
[0003]多通道模拟量采集系统由于能够同时测量多个通道的模拟信号数据，广泛用于航空航天测试领域。目前，为了节省资源，对于多通道模拟量采集系统的设计，最常用的方法是采用模拟开关通过分时复用的原则实现，系统各模拟信号连接到模拟开关各个通道，弹(机)载计算机通过发送采样地址选通相应的模拟开关通道，进而控制模数转换器ADC对该通道的模拟信号进行采集。由于模拟量数量较大，模拟开关设计时多采用级联形式；同时，为了提高采集速度，有的采集系统会采用双模数转换器ADC交替采集，以满足高速采集的需求。
[0004]现有技术中，由于采集信号输入电压范围较高，模拟开关在通道切换时，模拟开关引脚漏电容上的电压不能及时泄放干净，导致前置通道会对后置通道产生串扰，如图1所示。其中第一路信号为0V至5V周期变化信号，第二路信号保持为0V，在实际采集测试中发现第二路信号跟随第一路信号周期性变化，最大幅值为0.3V左右，0.3V电压即为第一路信号对第二路信号的串扰。
[0005]多通道模拟量采集系统对模拟量的采集路数、采集速度、采集精度、数据稳定性要求较高。目前多通道模拟量采集系统的方案存在以下缺陷：
[0006]1、多通道模拟信号高速采集时，通道间存在串扰问题。模拟开关的输入和输出管脚存在漏电容，模拟开关工作时，输入端的模拟量信号会向该电容充电。如果模拟开关在通道切换后，且在ADC采样转换前，漏电容上的电压不能及时泄放干净，就会影响到切换后的通道，即存在串扰。特别是当输入信号电压范围较大，而电容时间放电时间较长时，串扰值更大，严重影响数据采集精度；
[0007]2、模拟开关的漏电容是器件的固有参数，不能消除，因此不能简单从更换器件角度根本解决串扰问题；
[0008]3、降低模拟开关切换频率，即降低系统采集速度，延长电容的放电时间，有助于减小串扰。但是该方法牺牲了采样速度，不满足高速采集要求；
[0009]4、通过调理电路降低信号的输入范围，也可以减小串扰，但是为了保证采集精度，匹配选用的ADC芯片的输入范围通常会比较小，这样更容易产生噪声风险，同样会影响采集精度。

技术实现思路

[0010]本专利技术提出了一种多通道模拟量采集系统，包括由k+1个16选1的多路模拟开关构成的两级多路模拟开关、运算放大器、2个具备采样保持功能的模数转换器ADC1和模数转换器ADC2，以及控制器，1≤k≤15，所述两级多路模拟开关包括k个第一级多路模拟开关和1个第二级多路模拟开关，每一片多路模拟开关均预留一个通道接地，输入模拟量信号按顺序编号为Signal_1～Signal_n+15，n＝15*(k
‑
1),k为第一级多路模拟开关的个数，输入模拟量信号分别接至第一级多路模拟开关的每一个通道，每一个第一级多路模拟开关的输出接至第二级多路模拟开关的输入，控制器通过对两级多路模拟开关进行地址选择和选通控制，能够控制在某一时刻只有一个通道的模拟信号传输到两级多路模拟开关的后端，信号经过两级多路模拟开关选通之后，再经过由运算放大器构成的跟随电路，提高驱动能力后，送至后级的具备采样保持功能的模数转换器ADC1和模数转换器ADC2进行采集。
[0011]进一步地，多路模拟开关的型号为GF506SZ，运算放大器的型号为SX712MD，模数转换器的型号为B7892，控制器的型号为HWD2V1000。
[0012]此外，本专利技术提出了一种多通道模拟量采集的信号串扰抑制方法，目的是解决多通道模拟信号在高速采集时通道间存在的串扰问题，同时保证系统的采集速度和精度，提高系统的稳定性和可靠性，其包括，
[0013]第一步：控制器控制两级多路模拟开关切换第N个模拟量采集通道，准备采集该通道的信号电压；
[0014]第二步：控制器等待950ns，控制器开始读取模数转换器ADC1中对N
‑
2通道的采集结果；
[0015]第三步：再经过320ns，控制器控制模数转换器ADC1启动N通道模拟量采集转换；
[0016]第四步：控制器控制两级多路模拟开关切换至第N个模拟量所在多路模拟开关的接地通道进行接地放电；
[0017]第五步：控制器控制两级多路模拟开关切换第N+1个模拟量采集通道，准备采集该通道的信号电压；
[0018]第六步：控制器等待950ns，控制器开始读取模数转换器ADC2中对N
‑
1通道的采集结果；
[0019]第七步：再经过320ns，控制器控制模数转换器ADC2启动N+1通道模拟量采集转换；
[0020]第八步：控制器控制两级多路模拟开关切换至第N+1个模拟量所在多路模拟开关的接地通道进行接地放电。
[0021]进一步地，控制器控制两片模数转换器ADC芯片，重复第一步到第八步，使两片模数转换器ADC芯片工作在交替并行采集的工作状态之下。
[0022]进一步地，多路模拟开关的导通关断时间为400ns。
[0023]本专利技术在硬件电路设计上增加了切地通道。模拟信号通道切换时，提前控制模拟开关进行一次切地操作，通过将漏电容对地放电，消除了串扰；模拟开关的导通和关断需要时间，本专利技术中选择的模拟开关的导通关断时间为400ns。在控制时序的设计上，应确保ADC进入保持状态后到模拟开关切换到下一模拟信号通道的时间能够满足模拟开关进行一次切地操作；当系统工作进行切地时，应选择切地前被采集模拟信号所在模拟开关的接地通道，这样电容放电最彻底，才能取得最好的串扰抑制效果。本专利技术还具有采集路数多、速度
快、噪声小、精度高的优点。
附图说明
[0024]图1为现有技术中的串扰测试结果示意图；
[0025]图2为多通道模拟量采集的信号串扰抑制方法硬件功能框图；
[0026]图3多通道模拟量采集的信号串扰抑制方法时序原理图；
[0027]图4为本专利技术的串扰测试结果示意图。
具体实施方式
[0028]为了更好地了解本专利技术的目的、技术方案及功能，下面结合附图1
‑
4，对本专利技术一种多通道模拟量采集的信号串扰抑制方法做进一步详细的描述，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]本专利技术通过改进硬件电路，在此基础上优化软件工作时序实现多通道模拟量采集的信号串扰抑制。本专利技术的硬件功能框图如图2所示。
[0030]本专利技术一种多通道模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道模拟量采集系统，包括由k+1个16选1的多路模拟开关构成的两级多路模拟开关、运算放大器、2个具备采样保持功能的模数转换器ADC1和模数转换器ADC2，以及控制器，1≤k≤15，其特征在于，所述两级多路模拟开关包括k个第一级多路模拟开关和1个第二级多路模拟开关，每一片多路模拟开关均预留一个通道接地，输入模拟量信号按顺序编号为Signal_1～Signal_n+15，n＝15*(k
‑
1),k为第一级多路模拟开关的个数，输入模拟量信号分别接至第一级多路模拟开关的每一个通道，每一个第一级多路模拟开关的输出接至第二级多路模拟开关的输入，控制器通过对两级多路模拟开关进行地址选择和选通控制，能够控制在某一时刻只有一个通道的模拟信号传输到两级多路模拟开关的后端，信号经过两级多路模拟开关选通之后，再经过由运算放大器构成的跟随电路，提高驱动能力后，送至后级的具备采样保持功能的模数转换器ADC1和模数转换器ADC2进行采集。2.根据权利要求1所述的一种多通道模拟量采集系统，其特征在于：多路模拟开关的型号为GF506SZ，运算放大器的型号为SX712MD，模数转换器的型号为B7892，控制器的型号为HWD2V1000。3.一种基于权利要求1所述的一种多通道模拟量采集系统的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪飞，秦勇，云天奇，马科研，刘敏霞，王亚凯，郑昊，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：