[發明專利]一種多通道數據采集系統及采集方法

有效

• 申請號: 202110790821.X
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113485190B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 肖國堯;孫宗正;全英匯;柯華鋒;吳征程;楊立軒;王太偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種多通道數據采集系統，其特征在于，包括：多路模擬開關和多路模數轉換芯片，多路模擬開關的級數為n，所述模數轉換芯片的總路數為m，n、m為大于1的整數；每一級的多路模擬開關輸入不同輸入信號，通過多路模擬開關在不同級上的切換進行通道選擇，對輸入數據進行采集；每一級的多路模擬開關的輸出端接下一級多路模擬開關的輸入端，最后一級多路模擬開關的輸出端與多路模數轉換芯片一一對應連接；

所述多路模擬開關的最大輸入路數為C，第n級每一個多路模擬開關的輸入為Cn，Cn≤C；則每一路模數轉換芯片能夠實現的采集路數N'為：

N’＝C1×C2×C3×...×Cn-1×Cn；

進一步，m路模數轉換芯片能夠實現的采集路數N為：

N＝N’×m＝C1×C2×C3×...×Cn-1×Cn×m；

而多路模擬開關的最大輸入路數為C，能夠實現的最大采樣路數為：

N_max(n)＝Cⁿ×m；

則多通道最大采樣率為:

其中，t為多路模擬開關通道間切換時間，t'為模數轉換芯片的轉換時間；

因此，采集系統在確定模數轉換芯片的路數m、多路模擬開關的級數n以及每一級的每一個多路模擬開關的輸入路數C1、C2、C3…Cn時，滿足下列不等式：

其中，N_max(n-1)＝C^n-1×m。

2.根據權利要求1所述的多通道數據采集系統，其特征在于，多路模數轉換芯片與FPGA連接，FPGA驅動模數轉換芯片進行數據采集。

3.根據權利要求1所述的多通道數據采集系統，其特征在于，通過最小等待時間來滿足n級模擬開關導通時間n×t和模數轉換芯片的轉換時間t'，最小等待時間取n×t和t'中的最大值；通過改變等待時間T，改變多通道采樣率F，兩者的關系為：

4.一種多通道數據采集方法，其特征在于，包括：

輸入采集觸發指令，進入切換開關狀態；

采用多通道快速切換方式選通每個多路模擬開關的連通級，同時進入等待時間狀態；

所述采用多通道快速切換方式選通每個多路模擬開關的連通級，具體為：確認各級多路模擬開關的地址公式，結合加一計數器實現多通道的快速切換；具體過程為：

設每一級的MUX地址為4位二進制數，當選通某一個通道時，n級MUX每一級的MUX的地址；

設需要選通的通道為第k個通道，第n級的選通地址對應的十進制數為：

其中，表示向上取整；1≤k≤N'，且為整數；N'為每一路模數轉換芯片能夠實現的采集路數；C1為第一級的多路模擬開關的輸入路數；Cn為第n級的多路模擬開關的輸入路數；

第n-1級的選通地址對應的十進制數為：

其中，％表示取余操作；

第n-2級的選通地址對應的十進制數為：

依次類推，即可遞推出每一級MUX對應的4位地址的十進制數；再將十進制的地址轉化為二進制地址賦值給MUX即可；

當需要從第一個通道到最后一個通道選通一遍時，采取一個計數器，將計數器的值賦給上述公式中的k，將k的值從1計數到通道總數N'即可；

在等待時間狀態，模數轉換芯片將采集的模擬信號轉換為數字信號，同時進行下一次模擬開關的通路切換，并進入下一次的等待時間狀態；

讀取當前模數轉換芯片轉換后的數字信號，并進行下一次的模數轉換和數據讀取；如此循環完成流水式多通道數據采集；

其中，多路模擬開關通道的導通時間和模數轉換芯片的轉換時間之和不小于等待時間。