一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置及方法，所述裝置包括：直流/交流信號(hào)選擇電路、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路、電壓跟隨電路、程控放大電路、電平搬移電路以及控制器；直流/交流信號(hào)選擇電路的輸出端與信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路連接；信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的輸出端與電壓跟隨電路連接；電壓跟隨電路的輸出端與程控放大電路連接；程控放大電路的輸出端與電平搬移電路連接；電平搬移電路將本寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置處理后的前端模擬信號(hào)輸出至與其連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理?？刂破鞯妮敵龆送ㄟ^輸出控制信號(hào)控制各個(gè)模塊的運(yùn)行。本發(fā)明可以處理頻率為直流到100Mhz、幅度為0到200V的模擬信號(hào)的調(diào)理。
【專利說明】一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，比較重要的兩種技術(shù)是光源技術(shù)與光信號(hào)采集技術(shù)。在光信號(hào)采集技術(shù)中，需要采集的光信號(hào)主要分為兩種:光干涉信號(hào)與光散射信號(hào)，其中光干涉信號(hào)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)頻率較低，采用低速電路去處理即可；光散射信號(hào)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)頻率高，需要高速電路去處理。
[0003]由于現(xiàn)在模數(shù)(AD)采樣的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，對(duì)于不同頻率的信號(hào)特征，可以選用不同的AD轉(zhuǎn)換器去處理。
[0004]但是現(xiàn)有技術(shù)的AD采樣技術(shù)的難點(diǎn)在于對(duì)AD采樣前端模擬信號(hào)的處理，也就是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端模擬信號(hào)的處理，這直接決定了后級(jí)AD采樣的數(shù)據(jù)的精確度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中沒有能對(duì)AD采樣前端模擬信號(hào)進(jìn)行高精度處理的技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理技術(shù)，尤其是一種可以處理頻率為直流到lOOMhz、幅度為O到200V的模擬信號(hào)的調(diào)理技術(shù)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的方案是:
一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，包括:直流/交流信號(hào)選擇電路、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路、電壓跟隨電路、程控放大電路、電平搬移電路以及控制器；
所述直流/交流信號(hào)選擇電路的輸出端與所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路連接；所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的輸出端與所述電壓跟隨電路連接；所述電壓跟隨電路的輸出端與所述程控放大電路連接；所述程控放大電路的輸出端與所述電平搬移電路連接；
所述電平搬移電路將本寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置處理后的前端模擬信號(hào)輸出至與其連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理。
[0008]所述控制器的輸出端與所述直流/交流信號(hào)選擇電路、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路、電壓跟隨電路、程控放大電路、電平搬移電路連接，通過輸出控制信號(hào)控制其運(yùn)行。
[0009]其中，所述直流/交流信號(hào)選擇電路由電容Cl與繼電器REl組成；繼電器REl具有1-4號(hào)引腳，其中I號(hào)引腳為控制端，該I號(hào)引腳通過一個(gè)電阻R13與所述控制器的IO口相連接，連接點(diǎn)為CH1_A⑶C。
[0010]其中，所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路由并聯(lián)的固定電容C2和可調(diào)電容C2*，以及并聯(lián)的固定電容C3和可調(diào)電容C3*，以及電阻Rl、R2、R3、R4、和繼電器TQ2-5V組成，所述繼電器TQ2-5V的具有1-10號(hào)引腳，其中10號(hào)引腳為控制端，通過一 PNP型三極管Ql與所述控制器相連接，連接點(diǎn)為CH1_ATT。
[0011]其中，所述電壓跟隨電路采用高精度、高速、高輸入阻抗的軌對(duì)軌運(yùn)算放大器U5AD8065 ；
所述程控放大電路采用指程控放大器AD603 ；
所述電平搬移電路由運(yùn)算放大器U7與連接它的阻容器件組成。
[0012]本發(fā)明另一方面提供一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其基于前述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置實(shí)現(xiàn)，包括:
接收前端模擬信號(hào)；
所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理；
經(jīng)所述直流/交流信號(hào)選擇電路耦合的前端模擬信號(hào)進(jìn)入所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路進(jìn)行信號(hào)衰減處理和補(bǔ)償處理，得到高內(nèi)阻的衰減信號(hào)以滿足所述電壓跟隨電路對(duì)于輸入電壓的要求；
所述高內(nèi)阻的衰減信號(hào)輸入至所述電壓跟隨電路，該電壓跟隨電路對(duì)輸入的高內(nèi)阻的衰減信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，輸出小內(nèi)阻的前端模擬信號(hào)至所述程控放大電路；
所述程控放大電路對(duì)輸入其中的前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到一雙極性信號(hào)；所述電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)后輸出至與所述寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)處理連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理。
[0013]其中，所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理的步驟，包括:
所述控制器發(fā)送一電平信號(hào)控制所述直流/交流信號(hào)選擇電路的繼電器REl的開合；所述繼電器REl閉合時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于直流耦合方式并采用直流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理；
所述繼電器REl打開時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于交流耦合方式并采用交流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理。
[0014]其中，經(jīng)所述直流/交流信號(hào)選擇電路耦合的前端模擬信號(hào)進(jìn)入所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路進(jìn)行信號(hào)衰減處理的步驟包括:
當(dāng)將所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的衰減倍數(shù)默認(rèn)設(shè)置為衰減2倍；
所述進(jìn)入信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的前端模擬信號(hào)為N，當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值小于IOV的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減2倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N* (R2+R3+R4) /(R1+R2+R3+R4) =1/2*N ;當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值在10疒400V之間的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減50倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N*R4/ R1+R2+R3+R4=1/50*N。
[0015]其中，所述程控放大電路對(duì)輸入其中的前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到一雙極性信號(hào)的步驟，包括:
通過一雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一電壓信號(hào)；
將該電壓信號(hào)輸入至在所述程控放大電路的輸入端，以控制該程控放大電路以與該電壓信號(hào)相應(yīng)的放大倍數(shù)對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理得到一雙極性信號(hào)。
[0016]其中，所述電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)的步驟，包括: 通過所述雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生另一電壓信號(hào)；
將該電壓信號(hào)輸入至在所述電平搬移電路的輸入端，以控制該電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)。[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法具有以下有益效果:
本發(fā)明提供的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法，可以處理頻率為直流到lOOMhz、幅度為O到200V的前端模擬信號(hào)，為對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行采樣提供了保證，大幅度提高了對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行采樣的精度和準(zhǔn)確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的調(diào)理裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的調(diào)理裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的調(diào)理方法實(shí)施例一的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)法對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行處理難題，本發(fā)明提出了一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的調(diào)理裝置及方法，可以同時(shí)應(yīng)用于干涉信號(hào)與散射信號(hào)的處理，還可以拓寬到其他信號(hào)采集【技術(shù)領(lǐng)域】相關(guān)模擬信號(hào)的處理。可以處理的模擬信號(hào)的頻率從直流到lOOMhz、幅度為-200V到200V。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，該裝置用于對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，輸入至于其連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD采樣處理，其具體包括:
直流/交流信號(hào)選擇電路10、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路11、電壓跟隨電路12、程控放大電路13、電平搬移電路14以及控制器15 ；
所述直流/交流信號(hào)選擇電路10的輸出端與所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路11連接；所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路11的輸出端與所述電壓跟隨電路12連接；所述電壓跟隨電路12的輸出端與所述程控放大電路13連接；所述程控放大電路13的輸出端與所述電平搬移電路14連接；
所述電平搬移電路14將本寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置處理后的前端模擬信號(hào)輸出至與其連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器2進(jìn)行采樣處理。
[0024]所述控制器15的輸出端與所述直流/交流信號(hào)選擇電路10、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路
11、電壓跟隨電路12、程控放大電路13、電平搬移電路14連接，通過輸出控制信號(hào)控制其運(yùn)行。
[0025]具體實(shí)現(xiàn)中，如圖2所示:
所述直流/交流信號(hào)選擇電路由電容Cl與繼電器REl組成；繼電器REl具有1-4號(hào)引腳，其中I號(hào)引腳為控制端，該I號(hào)引腳通過一個(gè)電阻R13與所述控制器(圖未示)的IO 口相連接，連接點(diǎn)為CH1_A⑶C。
[0026]而所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路由并聯(lián)的固定電容C2和可調(diào)電容C2*，以及并聯(lián)的固定電容C3和可調(diào)電容C3*，以及電阻Rl、R2、R3、R4、和繼電器TQ2-5V組成，所述繼電器TQ2-5V的具有1-10號(hào)引腳，其中10號(hào)引腳為控制端，通過一 PNP型三極管Ql與所述控制器(圖未示)相連接，連接點(diǎn)為CH1_ATT。
[0027]其中，所述電壓跟隨電路采用高精度、高速、高輸入阻抗的軌對(duì)軌運(yùn)算放大器U5AD8065 ;所述程控放大電路采用指程控放大器AD603 ;所述電平搬移電路由運(yùn)算放大器U7與連接它的阻容器件組成。
[0028]本發(fā)明另一方面提供一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其基于前述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置實(shí)現(xiàn)，如圖3所示，其具體步驟包括:
步驟100，接收前端模擬信號(hào)；
步驟101，所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理；
具體實(shí)現(xiàn)中，所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理的步驟，包括:
所述控制器發(fā)送一電平信號(hào)控制所述直流/交流信號(hào)選擇電路的繼電器REl的開合；所述繼電器REl閉合時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于直流耦合方式并采用直流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理；
所述繼電器REl打開時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于交流耦合方式并采用交流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理。
[0029]步驟102，經(jīng)所述直流/交流信號(hào)選擇電路耦合的前端模擬信號(hào)進(jìn)入所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路進(jìn)行信號(hào)衰減處理和補(bǔ)償處理，得到高內(nèi)阻的衰減信號(hào)以滿足所述電壓跟隨電路對(duì)于輸入電壓的要求；
具體實(shí)現(xiàn)中，該步驟包括:
當(dāng)將所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的衰減倍數(shù)默認(rèn)設(shè)置為衰減2倍；
所述進(jìn)入信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的前端模擬信號(hào)為N，當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值小于IOV的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減2倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N* (R2+R3+R4) /(R1+R2+R3+R4) =1/2*N ;當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值在10疒400V之間的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減50倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N*R4/ R1+R2+R3+R4=1/50*N。
[0030]步驟103，所述高內(nèi)阻的衰減信號(hào)輸入至所述電壓跟隨電路，該電壓跟隨電路對(duì)輸入的高內(nèi)阻的衰減信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，輸出小內(nèi)阻的前端模擬信號(hào)至所述程控放大電路；
步驟104，所述程控放大電路對(duì)輸入其中的前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到一雙極性信號(hào)；
具體實(shí)現(xiàn)中，該步驟包括:
通過一雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一電壓信號(hào)；
將該電壓信號(hào)輸入至在所述程控放大電路的輸入端，以控制該程控放大電路以與該電壓信號(hào)相應(yīng)的放大倍數(shù)對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理得到一雙極性信號(hào)。
[0031]步驟105，所述電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)后輸出至與所述寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)處理連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理。
[0032]具體實(shí)現(xiàn)中，該步驟包括:
通過所述雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生另一電壓信號(hào)；
將該電壓信號(hào)輸入至在所述電平搬移電路的輸入端，以控制該電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)。
[0033]以下將結(jié)合圖2詳細(xì)說明本發(fā)明提供的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置進(jìn)行信號(hào)調(diào)理的方法實(shí)現(xiàn)過程。
[0034]首先，前端模擬信號(hào)通過BNC接頭連接到寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置中，控制器(具體可為FPGA或者ARM處理器)通過連接端CH1_A⑶C發(fā)送一電平信號(hào)來控制繼電器REl的開合。當(dāng)繼電器REl閉合時(shí)，則選了直流耦合方式；當(dāng)繼電器REl打開時(shí)，則選擇了交流耦合方式。
[0035]隨后，經(jīng)耦合處理的前端模擬信號(hào)進(jìn)入信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路，進(jìn)入的前端模擬信號(hào)默認(rèn)衰減2倍，記信號(hào)為N，則經(jīng)過衰減與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)為N* (R2+R3+R4) /(R1+R2+R3+R4) =1/2*N。
[0036]當(dāng)峰峰值小于IOV的信號(hào)進(jìn)入的時(shí)候，按照默認(rèn)的衰減2倍；當(dāng)峰峰值在10疒400V之間的信號(hào)進(jìn)來時(shí)則衰減約50倍，N*R4/ R1+R2+R3+R4=1/50*N。這樣經(jīng)過衰減處理的前端模擬信號(hào)則可滿足下一級(jí)電壓跟隨電路對(duì)于輸入電壓的要求(具體幅值為-5V到+5V)。
[0037]同時(shí)由于信號(hào)的衰減作用使得高速輸入的前端模擬信號(hào)，如方波信號(hào)的邊沿變緩，所以信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路采用補(bǔ)償?shù)霓k法將R1、R2、R3做并聯(lián)電容處理，同時(shí)為了達(dá)到最優(yōu)化的效果，電容采用固定容值電容與可調(diào)電容并聯(lián)的方式，如圖中的C2與C2*、C3與C3*，這樣方便調(diào)整信號(hào)的邊沿，直至讓方波信號(hào)邊沿變的陡峭為止。
[0038]這樣，高速的前端模擬信號(hào)通過衰減與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后，將前端模擬信號(hào)的損耗降到了最低。經(jīng)過衰減與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的前端模擬信號(hào)進(jìn)入電壓跟隨電路。該電壓跟隨電路由電壓跟隨器AD8065組成。電壓跟隨器AD8065為一種高精度、高速、高輸入阻抗的軌對(duì)軌運(yùn)算放大器，對(duì)輸入的高內(nèi)阻的衰減信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，經(jīng)其I號(hào)引腳輸出的信號(hào)內(nèi)阻很小，然后進(jìn)入到程控放大電路。
[0039]程控放大電路的主要核心器件為AD603，在其連接端CH1_VAMP輸入一電壓信號(hào)，可以控制輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，其中電壓信號(hào)是通過一個(gè)雙路12位DA轉(zhuǎn)換器TLV5618產(chǎn)生，可以對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行精確、細(xì)微步進(jìn)的控制，從而精確控制AD603對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。具體實(shí)現(xiàn)中，放大倍數(shù)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。
[0040]DA轉(zhuǎn)換器TLV5618通過SPI接口與控制器連接，控制器內(nèi)部將需要控制的電壓做成一查找表的形式輸出給AD轉(zhuǎn)換器用以設(shè)定AD輸出電壓。
[0041]需要說明的是，經(jīng)過程控放大的信號(hào)是一雙極性信號(hào)，因?yàn)榇蟛糠值腁D轉(zhuǎn)換器需要單極性信號(hào)，因此需要疊加一個(gè)直流電平信號(hào)用以轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)，將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)的功能由電平搬移電路完成。
[0042]在電平搬移電路的連接端CH1_VP0S輸入一電壓信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)雙極性信號(hào)與單極性信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這一電壓信號(hào)同樣由雙路DA轉(zhuǎn)換器TLV5618實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)原理同控制程控放大器的方法。[0043]經(jīng)過電平搬移電路將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)之后，對(duì)前端模擬信號(hào)調(diào)理完畢。調(diào)理完畢的信號(hào)通過AD_CH1端輸出，供給多通道AD采樣電路(圖中未有標(biāo)出)進(jìn)行采樣處理。
[0044]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法具有以下有益效果:
本發(fā)明提供的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理裝置及方法，可以處理頻率為直流到lOOMhz、幅度為O到200V的前端模擬信號(hào)，為對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行采樣提供了保證，大幅度提高了對(duì)前端模擬信號(hào)進(jìn)行采樣的精度和準(zhǔn)確性。
[0045]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，其特征在于，包括:直流/交流信號(hào)選擇電路、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路、電壓跟隨電路、程控放大電路、電平搬移電路以及控制器； 所述直流/交流信號(hào)選擇電路的輸出端與所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路連接；所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的輸出端與所述電壓跟隨電路連接；所述電壓跟隨電路的輸出端與所述程控放大電路連接；所述程控放大電路的輸出端與所述電平搬移電路連接； 所述電平搬移電路將本寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置處理后的前端模擬信號(hào)輸出至與其連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理； 所述控制器的輸出端與所述直流/交流信號(hào)選擇電路、信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路、電壓跟隨電路、程控放大電路、電平搬移電路連接，通過輸出控制信號(hào)控制其運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，其特征在于，所述直流/交流信號(hào)選擇電路由電容Cl與繼電器REl組成；繼電器REl具有1-4號(hào)引腳，其中I號(hào)引腳為控制端，該I號(hào)引腳通過一個(gè)電阻R13與所述控制器的IO 口相連接，連接點(diǎn)為 CH1_ACDC。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，其特征在于，所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路由并聯(lián)的固定電容C2和可調(diào)電容C2*，以及并聯(lián)的固定電容C3和可調(diào)電容C3*，以及電阻Rl、R2、R3、R4、和繼電器TQ2-5V組成，所述繼電器TQ2-5V的具有1-10號(hào)引腳，其中10號(hào)引腳為控制端，通過一 PNP型三極管Ql與所述控制器相連接，連接點(diǎn)為 CH1_ATT。
4.如權(quán)利要求1所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置，其特征在于，所述電壓跟隨電路采用高精度、高速、高輸入阻抗的軌對(duì)軌運(yùn)算放大器U5 AD8065 ；· 所述程控放大電路采用指程控放大器AD603 ； 所述電平搬移電路由運(yùn)算放大器U7與連接它的阻容器件組成。
5.一種寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其基于權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)的處理裝置實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括: 接收前端模擬信號(hào)； 所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理； 經(jīng)所述直流/交流信號(hào)選擇電路耦合的前端模擬信號(hào)進(jìn)入所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路進(jìn)行信號(hào)衰減處理和補(bǔ)償處理，得到高內(nèi)阻的衰減信號(hào)以滿足所述電壓跟隨電路對(duì)于輸入電壓的要求； 所述高內(nèi)阻的衰減信號(hào)輸入至所述電壓跟隨電路，該電壓跟隨電路對(duì)輸入的高內(nèi)阻的衰減信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，輸出小內(nèi)阻的前端模擬信號(hào)至所述程控放大電路； 所述程控放大電路對(duì)輸入其中的前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到一雙極性信號(hào)； 所述電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)后輸出至與所述寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)處理連接的多通道AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理。
6.如權(quán)利要求5所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其特征在于，所述直流/交流信號(hào)選擇電路在所述控制器的控制下對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理的步驟，包括:所述控制器發(fā)送一電平信號(hào)控制所述直流/交流信號(hào)選擇電路的繼電器REl的開合； 所述繼電器REl閉合時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于直流耦合方式并采用直流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理； 所述繼電器REl打開時(shí)，所述直流/交流信號(hào)選擇電路處于交流耦合方式并采用交流耦合方式對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行耦合處理。
7.如權(quán)利要求5所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其特征在于，經(jīng)所述直流/交流信號(hào)選擇電路耦合的前端模擬信號(hào)進(jìn)入所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路進(jìn)行信號(hào)衰減處理的步驟包括: 當(dāng)將所述信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的衰減倍數(shù)默認(rèn)設(shè)置為衰減2倍； 所述進(jìn)入信號(hào)衰減與補(bǔ)償電路的前端模擬信號(hào)為N，當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值小于IOV的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減2倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N* (R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4) =1/2*N ;當(dāng)該前端模擬信號(hào)N為峰峰值在10疒400V之間的信號(hào)時(shí)，默認(rèn)其衰減50倍，衰減處理后的前端模擬信號(hào)為N*R4/ R1+R2+R3+R4=1/50*N。
8.如權(quán)利要求5所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其特征在于，所述程控放大電路對(duì)輸入其中的前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后得到一雙極性信號(hào)的步驟，包括: 通過一雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一電壓信號(hào)； 將該電壓信號(hào)輸入至在所述程控放大電路的輸入端，以控制該程控放大電路以與該電壓信號(hào)相應(yīng)的放大倍數(shù)對(duì)所述前端模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理得到一雙極性信號(hào)。
9.如權(quán)利要求5所述的寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端模擬信號(hào)調(diào)理方法，其特征在于，所述電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成`單極性信號(hào)的步驟，包括: 通過所述雙路12位DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生另一電壓信號(hào)； 將該電壓信號(hào)輸入至在所述電平搬移電路的輸入端，以控制該電平搬移電路將所述雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03M1/54GK103825617SQ201410070664
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】田杰, 王同志, 余鵬, 姚森敬, 譚王堅(jiān), 巨林 申請(qǐng)人:深圳供電局有限公司, 上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司