[發明專利]一種多通道并行隔離A/D采集處理方法

有效

• 申請號: 201010121167.5
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN102192765A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 程蜀煒;韓彬;寇志強
• 申請（專利權）人: 連云港杰瑞電子有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 劉喜蓮

技術領域

本發明是屬于傳感器測量技術領域，特別是一種多通道并行隔離A/D采集處理方法。

背景技術

在工業控制與測量領域，尤其是過程控制、故障診斷系統和測試系統中，需要實時檢測某些設備、系統或過程的多個不同物理量(如壓力、溫度等)。每個物理量由特定類型的傳感器或變換器提供，其輸出的模擬電壓信號需要不同的信號調理電路參數，如增益、采樣率和阻抗緩沖等。目前現有的多通道數據采集系統主要有兩種實現方式：一是采用多通道分時切換方式，只用一個單通道A/D轉換器完成多通道數據采集，這種方式的實時性差，無法實現多通道同時采樣；二是采用多輸入通道A/D轉換器捕獲多個被測物理量，這種方式能夠實現同時采集，但是每個通道的采樣率一樣，不能調節，只適合所有被測物理量頻率特性一致的情況。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提出一種可靠性高、實時性強、適合被測物理量頻率特性不同的多通道并行隔離A/D采集處理方法。

本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種多通道并行隔離A/D采集處理方法，其特點是，該方法的電路由輸入隔離電路、信號調理電路、數字隔離器和FPGA組成，對多通道、不同類型傳感器輸出的模擬電壓信號進行并行輸入隔離采集，每個通道輸入的模擬電壓信號依次通過輸入隔離電路、信號調理電路和數字隔離器傳送至FPGA；每個通道的輸入隔離電路與信號調理電路連接的一端的地電位相異，通道之間沒有接地回路的互連；信號調理電路由增益調節電路和高精度的∑-ΔA/D轉換器構成，模擬電壓信號經輸入隔離電路后送入增益調節電路，再經∑-ΔA/D轉換器，轉換后生成串行數字量SDO，同時輸出一個串行移位時鐘SCLK和轉換完成標志信號READY；串行數字量SDO經數字隔離器輸出，再通過FPGA進行串并轉換處理，實現多通道并行隔離A/D采集處理。

本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現。以上所述的采集處理方法，其特點是，所述的FPGA的內部電路包括輸入單元、輸出單元、時鐘分頻器、驅動器、同步信號控制邏輯、移位寄存器、鎖存器和存儲器；外部輸入時鐘CLOCK經過輸入單元進入時鐘分頻器，再經驅動器將主時鐘MCLK信號傳送至輸出單元，同時外部輸入時鐘CLOCK經過同步信號控制邏輯生成控制信號CONV傳送至輸出單元；每個通道的串行數字量SDO、串行移位時鐘SCLK和轉換完成標志信號READY依次通過移位寄存器、鎖存器和存儲器傳送至輸出單元；輸入單元和輸出單元完成接口處理功能；時鐘分頻器和驅動器用來生成每個通道∑-ΔA/D轉換器的主時鐘MCLK，從而控制∑-ΔA/D轉換器的采樣率；同步信號控制邏輯輸出每個通道的控制信號CONV，用來設置∑-ΔA/D轉換器的采樣時刻；移位寄存器和鎖存器共同完成串并轉換處理；存儲器內放置所有通道轉換后的并行數據，實現與上位機的通信。

本發明所述的FPGA(現場可編程門陣列)可以選用現有技術中公開的任何一種FPGA并按現場要求配置，優選按本發明所述的FPGA配置方式。本發明中所有的器件名稱、電路名稱、信號定義的縮寫如無特別說明，均采用現有技術中的常規定義和解釋。

本發明方法的電路總體功能是實現一種多通道并行隔離A/D的采集和處理，其工作原理是針對多通道、不同類型傳感器輸出的模擬電壓信號，設計增益、采樣率等參數不同的信號調理電路，適用于傳感器頻率特性不同的情況。為了提高可靠性，每個通道的轉換電路實施雙端隔離。在每個通道的輸入端設置隔離電路，每個信號調理電路的地電位不同，通道之間沒有接地回路的互連，從而實現通道之間的隔離。輸出端使用數字隔離器，與傳統的光電耦合隔離器相比，功耗更低，體積更小，并具有雙向接口，既能傳輸高速的轉換數據和串行時鐘信號，又能傳輸低速的控制信號。每個信號調理電路包含一個∑-ΔA/D轉換器，傳感器輸出的模擬電壓信號經隔離后送入∑-ΔA/D轉換器，轉換后生成串行數字量SDO，同時輸出一個串行移位時鐘SCLK和轉換完成標志信號READY。