[發(fā)明專(zhuān)利]一種高性能低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711050717.7
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107592113A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊安琪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川金英科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03M1/12
• 分類(lèi)號(hào): H03M1/12;H03M1/00
• 代理公司: 成都金英專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)中小容量機(jī)組(200MW及以下)在火電廠中占相當(dāng)大的比例，這些機(jī)組的監(jiān)控模式為模擬控制系統(tǒng)加以常規(guī)儀表為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這種監(jiān)控模式存在著檢修維護(hù)工作量大、沒(méi)有可靠的歷史記錄等缺點(diǎn)。而且常規(guī)模擬儀表也進(jìn)入老化淘汰期，設(shè)備可靠性明顯降低，某些儀表的備品備件也得不到保障，越來(lái)越多的應(yīng)用要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須在極高環(huán)境溫度下可靠地工作，例如井下油氣鉆探、航空和汽車(chē)應(yīng)用等。而目前大多數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用器件的額定溫度、特性測(cè)試溫度和性能保證溫度都較低。很多此類(lèi)惡劣環(huán)境應(yīng)用都采用電池供電，同時(shí)仍然要保持高性能，這對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出很大的要求。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高性能低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高性能低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

具體的，1、一種高性能低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，它包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源、外部電源、無(wú)源元件，所述基準(zhǔn)電壓源與所述第一運(yùn)算放大器電連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與所述外部電源、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器電連接，所述無(wú)源元件可在無(wú)外加電源條件下，顯示其電子特性。

優(yōu)選的，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用16位、低功耗、單電源AD7981，并使用逐次逼近架構(gòu)，最高支持600ksps的采樣速率，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入可直接從低阻抗信號(hào)源驅(qū)動(dòng)；

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器在兩次轉(zhuǎn)換之間可自動(dòng)關(guān)斷以節(jié)省功耗，則使得所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的功耗和采樣速率成線性比例關(guān)系，從而使得所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)高低采樣速率均適用，并且可實(shí)現(xiàn)非常低的功耗，支持電池供電系統(tǒng)，此外，可以使用過(guò)采樣技術(shù)來(lái)提高低速信號(hào)的有效分辨率。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算放大器用以驅(qū)動(dòng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入，采用一種型號(hào)為AD8634的運(yùn)算放大器，可解決高源阻抗使得所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能降低，尤其是總諧波失真的問(wèn)題

優(yōu)選的，所述基準(zhǔn)電壓源采用型號(hào)為ADR225電源為第一運(yùn)算放大器供電，其初始精度為±0.4%，可在3.3V至16V的寬電源范圍內(nèi)工作。

優(yōu)選的，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)兼容SPI、QSPI和其他數(shù)字主控機(jī)的靈活串行數(shù)字接口，所述接口既可配置為簡(jiǎn)單的3線模式以實(shí)現(xiàn)最少的輸入/輸出數(shù)，

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用+5V和±2.5V供電軌需要外部低噪聲電源，由于AD7981是低功耗器件，可由基準(zhǔn)電壓緩沖器直接供電，因而無(wú)需額外的供電軌，節(jié)省功耗和板空間。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的175℃塑料封裝采用焊盤(pán)金屬化工藝產(chǎn)生，但受限于塑料材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，塑料封裝的額定最高工作溫度僅為175℃。

優(yōu)選的，所述無(wú)源元件使用175℃以上的薄膜型低TCR電阻，COG/NPO電容用于低值濾波器和去耦應(yīng)用，其溫度系數(shù)非常平坦，所述電容采用耐高溫鉭電容比陶瓷電容有更大的容值。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PCB布局包括，模擬信號(hào)和數(shù)字接口位于ADC的相應(yīng)兩側(cè)，IC之下或模擬信號(hào)路徑附近無(wú)開(kāi)關(guān)信號(hào)，此設(shè)計(jì)可以最大程度地降低耦合到ADC芯片和輔助模擬信號(hào)鏈中的噪聲，AD7981的所有模擬信號(hào)位于左側(cè)，所有數(shù)字信號(hào)位于右側(cè)，這種引腳排列可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，基準(zhǔn)電壓輸入REF具有動(dòng)態(tài)輸入阻抗，必須用極小的寄生電感去耦，為此須將基準(zhǔn)電壓去耦放在盡量靠近REF和GND引腳的地方，并用低阻抗的寬走線連接該引腳，本電路板的元器件故意全都放在正面，以便從背面加熱進(jìn)行溫度測(cè)試，針對(duì)高溫電路，使用聚酰亞胺作為PCB疊層使用材料，裝配選擇SAC305無(wú)鉛焊料，其熔點(diǎn)為217℃，相對(duì)于175℃的最高工作溫度有42℃的裕量。

本發(fā)明的有益效果在于：所用器件的額定溫度、特性測(cè)試溫度和性能保證溫度為175°C.很多此類(lèi)惡劣環(huán)境應(yīng)用都采用電池供電，因此該信號(hào)鏈針對(duì)低功耗而設(shè)計(jì)，同時(shí)仍然保持高性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。