[實(shí)用新型]多通道模擬量輸入模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720155931.4
• 申請日: 2007-07-03
• 公開（公告）號: CN201122977Y
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊賢紅
• 申請（專利權(quán)）人: 施耐德電器工業(yè)公司
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04L12/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 史新宏

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)控制系統(tǒng)中的多通道模擬量輸入模塊，更具體地，涉及一種在工業(yè)控制系統(tǒng)中的、包含針對通道切換引起的串?dāng)_進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置的非隔離多通道模擬量輸入模塊。

背景技術(shù)

在工業(yè)控制系統(tǒng)非隔離多通道模擬量輸入模塊中，各通道間必然存在串?dāng)_。串?dāng)_主要由下面兩類因素引起：

因素1.電路布線，接線及共用電源等引起的通道間耦合。

因素2.通道切換引起的電路充放電效應(yīng)。

而由通道切換引起的串?dāng)_占據(jù)各種串?dāng)_的絕對最大比重。所以只要解決了由通道切換引起的串?dāng)_，就可以使產(chǎn)品基本滿足產(chǎn)品的串?dāng)_指標(biāo)要求。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的多通道模擬量輸入模塊的典型電路結(jié)構(gòu)。在圖1中，多個(gè)輸入通道CH1-CHn的輸入端子分別連接到多個(gè)輸入預(yù)處理電路11-1n，多個(gè)輸入預(yù)處理電路11-1n分別對多個(gè)輸入通道CH1-CHn的模擬量輸入信號進(jìn)行預(yù)處理；輸入預(yù)處理電路11-1n的輸出分別連接到多路選擇電路MUX的n個(gè)輸入端，多路選擇電路MUX選擇多個(gè)輸入預(yù)處理電路11-1n之一的輸入作為其輸出，多路選擇電路MUX的輸出依序連接到后級的處理電路20和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路30。

在如圖1所述的典型模擬量輸入電路中，因?yàn)殡娐繁旧淼墓潭▍?shù)和分布參數(shù)而引起的充放電效應(yīng)的存在，使得只要各通道輸入信號(包括電壓輸入信號和電流輸入信號)經(jīng)過各級處理電路后在模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端產(chǎn)生的電壓信號不同，在后級的多路選擇電路MUX切換和模數(shù)轉(zhuǎn)換器30采樣之間就必須等待一段時(shí)間，以便讓模數(shù)轉(zhuǎn)換器30輸入端的電壓信號穩(wěn)定下來，這樣才能得到準(zhǔn)確的采樣值。

將圖1的輸入預(yù)處理電路11-1n和處理電路20均簡化為一階電路，則由多路選擇電路MUX切換通道而引起的階躍輸入全響應(yīng)如下面的等式(1)所示：

U＝U1×(1-e^-t/τ)+U2×e^-t/τ

＝U1+K×(U2-U1)......(1)

其中：

t：從通道切換開始到模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的時(shí)間

U：本采樣通道輸入信號對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端的t時(shí)刻的電壓信號。

U1：本采樣通道輸入信號對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端的穩(wěn)定電壓信號。

U2：上一采樣通道輸入信號對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端的穩(wěn)定電壓信號。

τ：各級處理電路的綜合充放電參數(shù)。

K：即時(shí)間常數(shù)e^-t/t，當(dāng)針對特定的硬件參數(shù)、并且模數(shù)轉(zhuǎn)換器30的采樣頻率固定后其為一固定值。在實(shí)際應(yīng)用中對于同一批次的電路板可共用此參數(shù)。K應(yīng)當(dāng)通過測試而非理論計(jì)算得到。

圖2A是現(xiàn)有技術(shù)的多通道模擬量輸入模塊的通道切換時(shí)的放電效應(yīng)(即本通道信號低于上一采樣通道信號的情況)示意圖；圖2B是現(xiàn)有技術(shù)的多通道模擬量輸入模塊的通道切換時(shí)的充電效應(yīng)(即本通道信號高于上一采樣通道信號的情況)示意圖。

在特定的硬件條件下，如果輸入采樣時(shí)間指標(biāo)不足以讓模數(shù)轉(zhuǎn)換器30輸入端的電壓信號穩(wěn)定下來，這就會(huì)產(chǎn)生約為K*(U2-U1)的通道間串?dāng)_。

在某些技術(shù)方案中會(huì)在兩個(gè)輸入通道之間切入中間電位(相當(dāng)于復(fù)位電平)。但是，這樣的技術(shù)方案，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行一次采樣處理必須進(jìn)行兩次通道切換操作，而且還必須引入準(zhǔn)確的中間電位電平才能保證采樣的精度，從而電路復(fù)雜，且采樣頻率相對不高。

因此期待設(shè)計(jì)出一種新的多通道模擬量輸入模塊，使上述的通道間串?dāng)_能夠得到充分抑制，同時(shí)多通道模擬量輸入模塊的電路結(jié)構(gòu)能夠簡單，并且保證采樣頻率。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是基本解決至少上述問題和/或缺點(diǎn)，并提供至少下面的優(yōu)點(diǎn)。因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種多通道模擬量輸入模塊，其中多通道模擬量輸入模塊包括：多個(gè)輸入通道；多路選擇電路，接收多個(gè)輸入通道的輸入，選擇多個(gè)輸入通道之一的輸入作為其輸出；處理電路接收多路選擇電路的輸出，并對其進(jìn)行處理；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，對處理電路的輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。所述多通道模擬量輸入模塊還包括對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置，所述補(bǔ)償裝置包括：存儲(chǔ)組件：存儲(chǔ)從模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的補(bǔ)償前本采樣通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀出值D、上一采樣通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀出值D2以及參數(shù)K1；計(jì)算組件：讀取存儲(chǔ)組件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)D、D2和K1，根據(jù)等式D1＝D+(D-D2)×K1計(jì)算出補(bǔ)償后本采樣通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀出值D1，并將D1輸出到后級電路裝置，其中，參數(shù)K1是與多通道模擬量輸入模塊的硬件參數(shù)和采樣頻率相關(guān)的參數(shù)。