[實(shí)用新型]電氣信號(hào)壓縮系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820228499.1
• 申請(qǐng)日: 2008-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN201315576Y
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊延飛;楊永峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安永瑞自動(dòng)化有限公司
• 主分類號(hào): H03M1/06
• 分類號(hào): H03M1/06;H03M1/08
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓 翎

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種新型的電氣信號(hào)采集處理系統(tǒng)，尤其是涉及一種電氣信號(hào)壓縮系統(tǒng)。

二、背景技術(shù)：

背景技術(shù)中，現(xiàn)有的電氣信號(hào)處理系統(tǒng)是通過采集芯片和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片構(gòu)成，因而高速、高精度、低功耗的A/DC設(shè)計(jì)成為采集芯片設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一。現(xiàn)有衡量A/DC的技術(shù)指標(biāo)為轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，與系統(tǒng)連接后這兩項(xiàng)指標(biāo)也決定了系統(tǒng)的精度和速度。轉(zhuǎn)換器的這兩項(xiàng)指標(biāo)均與A/DC的位數(shù)有關(guān)，總的來說，位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換器精度越高，但轉(zhuǎn)換速度越慢，小信號(hào)時(shí)的信噪比越低。傳統(tǒng)的采集芯片只是用提高A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)來達(dá)到所需的輸入動(dòng)態(tài)范圍和轉(zhuǎn)換精度，但是隨著A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的提高，其速度越來越慢，小信號(hào)時(shí)的信噪比也很低。同時(shí)，芯片的成本也會(huì)大幅提高，結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的成本增加，但速度卻降低。因此，在精度和速度之間權(quán)衡成為電氣信號(hào)采集設(shè)計(jì)中的一大難題。

三、實(shí)用新型內(nèi)容：

本實(shí)用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種電氣信號(hào)壓縮系統(tǒng)，其消除了一般采集系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器在輸入信號(hào)邊界值的失真問題，保證了對(duì)各種寬范圍電氣信號(hào)處理的精度和速度，同時(shí)提高了電路的信噪比，從而很好的解決了電氣信號(hào)處理系統(tǒng)中精度與速度的矛盾。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種電氣信號(hào)壓縮系統(tǒng)，包括A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于：在A/D轉(zhuǎn)換器前設(shè)置有輸入信號(hào)預(yù)處理電路，輸入信號(hào)預(yù)處理電路為對(duì)數(shù)壓縮電路，對(duì)數(shù)壓縮電路包括對(duì)數(shù)放大器。

上述對(duì)數(shù)放大器采用芯片為L(zhǎng)OG101對(duì)數(shù)放大器芯片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下：

1、本實(shí)用新型采用對(duì)數(shù)放大器對(duì)輸入電氣信號(hào)進(jìn)行壓縮，選用的對(duì)數(shù)放大器具有很寬的輸入動(dòng)態(tài)范圍。經(jīng)壓縮后的輸入信號(hào)送入12位的A/D轉(zhuǎn)換器中，可以產(chǎn)生等價(jià)于20位A/D轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。該技術(shù)不僅增加了A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，而且消除了一般A/D轉(zhuǎn)換器在邊界值的失真問題，保證了對(duì)各種寬范圍電氣信號(hào)處理的精度，同時(shí)保持了采集芯片的速度，有效的解決了電氣信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的精度與速度的矛盾。

2、本實(shí)用新型用12位的A/D轉(zhuǎn)換器和輸入信號(hào)預(yù)處理電路(即對(duì)數(shù)壓縮電路)實(shí)現(xiàn)20位A/D轉(zhuǎn)換器的功能，在有效地保證系統(tǒng)精度和速度的同時(shí)大大降低了采集芯片的成本。

3、本實(shí)用新型選用公司自行研發(fā)的基于IEC61131-3圖形化編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺(tái)進(jìn)行壓縮后的信號(hào)的解壓縮。該軟件含有精確的指數(shù)解壓縮包，不但可以精確的還原原始輸入信號(hào)，而且圖形化的操作方式簡(jiǎn)單、易用。

四、附圖說明：

圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖。

圖2為本實(shí)用新型的軟件解壓縮流程圖。

五、具體實(shí)施方式：

本實(shí)用新型摒棄了現(xiàn)有采集芯片用提高A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)來保證采集精度，即犧牲系統(tǒng)速度換取系統(tǒng)精度的設(shè)計(jì)方法，而是在A/DC前加高精度、寬輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)范圍的預(yù)處理電路，該預(yù)處理電路完成對(duì)各種輸入信號(hào)的壓縮處理，然后將壓縮后的信號(hào)送入低位A/DC中，用以實(shí)現(xiàn)高位A/DC的精度，并保持速度不變。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后的壓縮信號(hào)進(jìn)入軟件操作平臺(tái)解壓后進(jìn)行處理。信號(hào)壓縮選用對(duì)數(shù)放大器完成，使用芯片為L(zhǎng)OG101對(duì)數(shù)放大器芯片。信號(hào)的解壓使用基于IEC61131-3圖形化編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺(tái)，該軟件平臺(tái)含有指數(shù)解壓縮包，用以實(shí)現(xiàn)經(jīng)對(duì)數(shù)壓縮后電氣信號(hào)的解壓。

參見圖1，輸入的電氣信號(hào)為經(jīng)放大后的交流電壓信號(hào)vi，該信號(hào)加入一直流電壓V后再送入電壓—電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，并且極性為正，以滿足對(duì)數(shù)放大器輸入信號(hào)為電流信號(hào)的要求。單極性電流信號(hào)送入對(duì)數(shù)放大器進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮，經(jīng)壓縮后的信號(hào)減去原直流信號(hào)后輸出。輸出信號(hào)送入12位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制處理。對(duì)數(shù)放大器的輸入動(dòng)態(tài)范圍為：7.5?Decades，100pA—3.5mA，因此保證12位的A/D轉(zhuǎn)換器具有等價(jià)于20位的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍；對(duì)數(shù)放大器具有很高的精度，保證了采集系統(tǒng)的高精度；選用的A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)沒有變化，因此系統(tǒng)速度不會(huì)下降，并且大大降低了成本。

參見圖2，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)可以根據(jù)所需精確度；為了保證數(shù)據(jù)精確度及解壓速度，采用映像方式：建立解壓矩陣，使之每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值對(duì)應(yīng)一個(gè)矩陣元素，該矩陣元素值就是解壓結(jié)束數(shù)據(jù)；直接解壓數(shù)據(jù)為無(wú)符號(hào)整數(shù)，若要變換為真實(shí)的物理量，還需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定方式因系統(tǒng)而異。