一种多通道电压信号采集电路的精度修正电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空电子技术领域，特别是应用于飞行数据采集系统中的多通道电压 信号采集电路的精度修正电路及方法。
【背景技术】
[0002] 飞行数据采集系统需要采集大量的机上传感器数据，其中模拟电压信号多大几十 路。这些模拟电压信号一般要求的采样率不高。所以，一般由多通道模拟信号采集电路采 用轮询的方式进行采集。请参阅图1，多通道模拟信号采集电路由顺次连接的前端调理电 路、多路模拟开关、差分放大、模数转换器、采集控制模块组成。
[0003] 现有技术多通道模拟信号采集电路通过多通道模拟开关，每时刻只选择其中一个 通道的信号进行采集。在此架构下，由于模拟开关和后部电路分布电容的存在，导致通道切 换时，上通道采集时公共通道分布电容上的残留电荷，会影响下一通道的信号。
[0004] 参考图2 (前端电路分解图）举例说明如下：通道选择前，由于模拟开关都是不导 通状态，可以认为差分输入滤波电容12 (以下简称：C1)电压与输入信号电压相同为Ui。在 接通瞬间，C1通过多通道模拟开关21向模拟开关分布电容22 (以下简称：C2)和差分放大 器输入分布电容31 (简称：C3)充电，由于多通道模拟开关21导通阻抗很小，所以C1、C2和 C3很快就能达到电压平衡。此时，输入信号Ui通过差分输入隔离电阻11 (以下简称：R)给 Cl、C2和C3充电，直到电容上电压与输入信号电压差值满足精度要求后，方可启动采集，以 保证采集的精度。在多通道模拟开关21某一通道接通后到启动采集的过程，称之为信号建 立过程。
[0005] 参考附图3,实际情况下，信号在建立后期趋势变缓，要提高精度需要花费更多的 时间，影响信号的采样率。因此，在设计过程中，需要一种方法能够保证精度的同时，同时降 低信号建立时间，提高采样率。
【发明内容】
[0006] 发明目的：提供一种能够在保证采样精度的同时，提高采样率的多通道电压信号 采集电路中的精度修正方法电路。
[0007] 另外，本发明还提供一种多通道电压信号采集电路中的精度修正方法。
[0008] 本发明技术方案：一种多通道电压信号采集电路的精度修正电路，其将多通道模 拟信号采集电路中的多路模拟开关其的一路输入端接地，另有一路接基准电压源，其电压 输出为基准电压Vref，其余输入端分别接需采集的信号源。
[0009] -种基于所述的多通道电压信号采集电路的精度修正方法，其采用固定的建立时 间采集基准电压源通道的电压，然后每采集一个信号通道η的数据，则先切换到接地通道， 将公共通道分布电容上的电荷释放掉，然后切换到下一个信号通道η+1进行数据采集。 [0010] 所述的多通道电压信号采集电路的精度修正方法，其包括如下步骤：
[0011] 步骤1 :选择接地通道，并延时时间tl;
[0012] 步骤2 :切换到基准电压源通道，延时时间t2后采集实际基准电压Vr;
[0013] 步骤3 :切换到接地通道，并延时时间tl;
[0014] 步骤4 :切换到通道n，延时时间t2后采集信号电压Vsn;
[0015] 步骤5 :切换到接地通道，并延时时间tl;
[0016] 步骤6 :采用心=Ks77得出通道n的修正后的实际信号电压值，其中，Vref为 理论基准电压；
[0017] 步骤7 :循环步骤4~6,完成其它通道的采集。
[0018] 有益效果：本发明多通道电压信号采集电路的精度修正电路通过采用接地放电和 基准源修正的方式，可以很容易在保证信号采集精度的同时，大幅提高采样率。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明多通道模拟信号采集电路原理框图；
[0020] 图2为本发明硬件现有前端电路图；
[0021] 图3为信号建立过程（信号电压随时间的变化曲线）；
[0022] 图4为本发明硬件改进电路图，
[0023] 其中，1-前端调理电路、2-多路模拟开关、3-放大器、4-模数转化器、5-采集控制 模块、11-差分输入隔离电阻、12-差分输入滤波电容、21-多通道模拟开关、22-模拟开关分 布电容、31-差分放大器输入分布电容、32-差分放大器。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对发明的一种实施例做进一步详细描述。
[0025] 请参考图4,本发明多通道电压信号采集电路中的精度修正方法电路将图2中所 示现有前端电路中的AINm通道改为直接接地。即将多通道模拟信号采集电路中的多路模 拟开关其的一路输入端接地，另有一路接基准电压源，其电压输出为基准电压Vref，其余输 入端接信号通道。
[0026] 本发明基于所述的多通道电压信号采集电路的精度修正方法采用固定的建立时 间采集基准电压源通道的电压，然后每采集一个信号通道η的数据，则先切换到接地通道， 将公共通道分布电容上的电荷释放掉，然后切换到下一个信号通道η+1进行数据采集。其 具体过程如下：
[0027] 步骤1 :选择接地通道，并延时时间tl，从而在采集基准电压源通道的电压信号前 将公共通道分布电容上的电荷释放掉，使得采集到的基准电压值更精确；
[0028] 步骤2 :切换到基准电压源通道，延时时间t2后采集基准电压的实际值Vr，延时的 作用是等待该基准电压源通道建立稳定，使得采集到的电压值更精确；而采集到的Vr是作 为后续精度修正计算的参数；
[0029] 步骤3 :切换到接地通道，并延时时间tl，从而在采集下一个信号通道的电压信号 前将公共通道分布电容上的电荷释放掉，使得下一个信号通道采集的电压值更精确；
[0030] 步骤4 :切换到通道n，延时时间t2后采集信号电压Vsn，延时的作用是等待该信 号通道建立稳定，使得采集到的电压值更精确；而采集到的Vsn是作为后续精度修正计算 的参数；
[0031] 步骤5 :切换到接地通道，并延时时间tl，从而在采集下一个信号通道的电压信号 前将公共通道分布电容上的电荷释放掉，使得下一个信号通道采集的电压值更精确；
[0032] 步骤6 :采用= 得出通道η的修正后的实际信号电压值，其中，Vref为 Vr 基准电压的理论值；
[0033] 步骤7 :循环步骤4~6,完成其它通道的采集，以此方式实现多通道电压信号的采 集，且在提高采样率的同时保证信号的采样精度。
[0034] 具体的信号建立延时时间t2,根据公式②计算，一般情况下，应尽可能的保证t2 时信号建立精度接近信号采集要求的精度，以得到较高的运算精度，但与达到信号采集要 求精度的建立时间应有较大差距。
[0035] 在使用本发明所述算法和硬件，可将飞行参数采集系统在保证精度的同时，提高 采样率到2倍以上。举例说明如下：
[0036] 参考图2和图4,对于图2所示电路和原有采集方法，信号通道切换到通道AIN1之 后等待信号建立，电容C3充电电压变化随时间的变化公式：
[0037]
[0038] 注：Ui、U2和U3分别为输入信号电压、C2上的初始电压和C3上的初始电压Uc30 为C3信号建立过程初始电压，Uc3为C3上的电压值，t为充电时间。
[0039] 根据前端R、C1和后端分布电容来确定信号建立的时间，在信号建立精度为Acc的 情况下，桉照公式(I)可知应当有：
[0040]
[0041] 在1?为3001^，（：1为101^，后端分布电容02+03为100??情况下，对于99.5%的精 度要求，信号建立时间约为2ms;
[0042] 如果将信号精度建立精度降低到99. 25%，则信号建立时间只需0. 84ms。可见在 99. 25%精度建立后到达99. 5%的精度还需要长达1. 16ms。在所有接口都相同，且给定相 同的建立时间的情况下，各接口信号建立精度也是相同的，与输入信号电压无关。采用基准 源修正的方式，可以很容易在保证精度的同时，大幅提高采样率。
【主权项】
1. 一种多通道电压信号采集电路的精度修正电路，其特征在于，将多通道模拟信号采 集电路中的多路模拟开关其的一路输入端接地，另有一路接基准电压源，其电压输出为基 准电压化ef，其余输入端分别接需采集的信号源。2. -种基于权利要求1所述的多通道电压信号采集电路的精度修正方法，其特征在 于，采用固定的建立时间采集基准电压源通道的电压，然后每采集一个信号通道n的数据， 则先切换到接地通道，将公共通道分布电容上的电荷释放掉，然后切换到下一个信号通道 n+1进行数据采集。3. 根据权利要求2所述的多通道电压信号采集电路的精度修正方法，其特征在于，包 括如下步骤： 步骤1:选择接地通道，并延时时间tl; 步骤2:切换到基准电压源通道，延时时间t2后采集实际基准电压化； 步骤3 :切换到接地通道，并延时时间tl; 步骤4 :切换到通道n，延时时间t2后采集信号电压Vsn; 步骤5 :切换到接地通道，并延时时间tl; 步骤6:采用-Kw得出通道n的修正后的实际信号电压值，其中，化ef为理论 基准电压； 步骤7 :循环步骤4~6,完成其它通道的采集。
【专利摘要】本发明属于航空电子技术领域，特别是应用于飞行数据采集系统中的多通道电压信号采集电路的精度修正电路及方法。本发明将多通道模拟信号采集电路中的多路模拟开关其的一路输入端接地，另有一路接基准电压源，其电压输出为基准电压Vref，其余输入端分别接需采集的信号源。本发明采用固定的建立时间采集基准电压源通道的电压，然后每采集一个信号通道n的数据，则先切换到接地通道，将公共通道上的分布电容上的电荷释放掉，然后切换到下一个信号通道n+1进行数据采集，从而在保证提高采样率的同时提高信号的采样精度。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN105372474
【申请号】CN201510654419
【发明人】田军, 徐闻拯
【申请人】陕西千山航空电子有限责任公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月10日