本實用新型專利技術提出了一種高精度小信號采集系統，在儀器儀表中有著重要的應用價值。系統可以與不同的傳感器進行銜接以實現對各類信號的檢測.本實用新型專利技術系統可達到5uV的電壓分辨率。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及信號采集設備領域，特別是一種小信號采集系統。
技術介紹
隨著通信技術和半導體技術的不斷發展，自動化控制和自動化測量越來越多的參與到重要的生產建設中來。這種趨勢建立在測量系統和控制系統的精度不斷提高，有效測量或控制范圍不斷擴展這一基礎上。一般而言，測量是控制系統中必不可少的一個重要環節，也是實現系統又好又快進行控制的關鍵因素。一個完整的測量系統由四大部分組成，分別是傳感器部分，信號采集和處理部分，控制部分以及供電部分。一個功能完善，讀數可信的測量結果需要各個部分協作給出，系統中任何一個模塊設計不當都可能造成最終的測量數據不符合預期。比如說，信號采集和處理部分沒有做好，那么傳感器給出的數據在采集和處理過程中就會發生失真或被干擾污染，而這種信號的惡化往往是不可逆的。具體來看，對于微弱的信號，尤其需要注意整個系統的小信號模擬通道和電源的供電部分，因為這兩部分的優劣會直接影響信號質量的好壞，而實際上這兩個部分也恰恰是整個測量系統的難點所在。
技術實現思路
本技術目的在于:針對上述存在的問題，提供一種小信號采集系統，專門為識別微弱的電壓信號技術，也即系統需要較高的電壓分辨率。系統整體采用高精度電路的設計思路，并在保證系統指標的提前下小型化。一種小信號采集系統，由模擬前端電路，控制及對外通信電路以及電源電路三部分組成。從整個系統的角度來看，信號流向如下:傳感器產生的差分信號直接被高精度模擬數字轉換器(ADC)拾取，在ADC內部進行放大和濾波等信號調理工作，再轉換成數字信號傳送到控制芯片，控制芯片對該數字信號進行幅值校正，增益校正等適當的調整，再將調整后的信號通過USB總線傳動給上位機，上位機接收到數據后通過上位機程序講信號波形顯示出來，用戶可以使用上位機程序對信號波形進行伸縮和存儲等操作。ADC的參考電壓由精密電壓參考源提供，系統中集成了一個溫度傳感器用于測量傳感器輸出信號的溫度曲線，并通過構建不同的溫度曲線來實現對不同傳感器的調校。輸入電源為12V直流穩壓電源，外接電源經過LC濾波器后作為系統的12V電源供后級使用，精密電流源，傳感器以及精密電壓參考源直接由輸入電源供電，輸入電源經過一片低壓差線性穩壓器(LDO)產生5V電源給ADC芯片的模擬部分和復位芯片供電，輸入電源經過另一片LDO產生3.3V。設有TPS7A4901芯片。采用了 S0T-223封裝的LMl117提供3.3V電源，防止電源抑制比惡化。精密電流源為傳感器提供偏執電流，也即為傳感器提供靜態工作電流。在電流源的直流偏執下，信號以差分電壓的形式給出。電流源的基本組成形式應該是一個帶有負反饋的V-1轉換電路，本技術使用LT3092芯片。該芯片的工作原理為:10uA參考電流源通過編程電阻RSET放電，同時在RSET上產生壓降USET，輸出電阻ROUT上流過負載電流IS0URCE產生壓降UOUT，運算放大器通過放大USET和UOUT的差值來調整三極管Tl和T2的發射極電流，進而調整負載電流。本技術系統選取了 ADS1255這款芯片，該芯片內部集成了差分輸入的緩沖放大器，I到64倍7種可調增益的程控增益放大器和一個24位125 Δ - Σ模數轉換器，數據輸出速率最高可以達到30kSPS。芯片的輸出采用SPI接口形式，通過Data ready信號(15腳)對控制芯片發起中斷提醒控制芯片讀取轉換好的數據。ADC的參考電壓源是整個采集系統中的電壓基準，參考電壓源輸出電壓的準確性直接決定采樣數據的可靠性，參考電壓源的噪聲也會以加性噪聲的形式直接折算在ADC的模擬輸入信號上。系統選取標稱輸出電壓為2.5V的MAX6225為ADC提供電壓參考。芯片本身具有很高的溫度穩定性和初始精確度。芯片具有15mA的電流驅動的穩定能力。傳感器輸出的差分信號AIN_P和AIN_N經過一級差分低通濾波器進行抗混疊濾波后直接輸入到ADS1255的模擬輸入端，MAX6225與ADS1255直接相連為其提供參考電壓。采用ADS1255，能把硬件電路需要進行的工作抽象成對ADS1255片內寄存器的修改，這在簡化硬件電路設計和調試的同時也實現了整個系統的小型化。控制芯片對外接口，控制芯片的主要任務是在上電之后對ADC進行配置，使其以一個合適的工作狀態工作，同時初始化各個對外接口，以保證數據可以上傳到上位機進行進一步處理。因為上位機程序本身的控制比較復雜，系統中采用USB總線作為主要的數據通道，同時保留串口作為調試接口，本技術采用一塊帶有USB2.0接口的ARM芯片作為主控制器，串口配合MAX3232 —起使用。系統的整個工作過程如下:上電后，電源系統為各個芯片供電，復位芯片對控制芯片進行復位，用戶代碼開始執行。控制芯片分別對片上的SPI控制器，USB控制器和串口控制器進行配置，然后通過SPI控制器對ADC進行配置，再通過GP1對溫度傳感器進行配置。配置結束后，控制器打開中斷等待ADC轉換結束，在ADC的數據準備好的同時，控制芯片進入中斷，讀取ADC的值和溫度傳感器的值，計算ADC的轉換結果，并通過對比當前溫度和存儲器中保存的傳感器的溫度曲線對ADC的轉換結果進行修調，最后將結果通USB總線發送到上位機上，之后控制器進入空閑狀態，等待下個中斷的到來。上位機對系統的控制通過USB總線實現，上位機發起控制指令后，USB控制器對主控制器發起中斷，主控制器讀取上位機發來的指令并在下一個轉換中斷之后中把新的配置寫入到ADC中。在軟件部分的具體實現過程中，USB接口是一個比較復雜的模塊，采用現成的代碼進行修改和調整可以較快的完成開發工作。作為本技術的一種優選方案，輸入電源可以使用12V鋰電池。本技術的有益效果:可以識別微弱的電壓信號，且結構相對簡單，容易實現，成本相對較低。【附圖說明】圖1是本技術的系統框圖。圖中標記精密電流源、2-溫度傳感器、3-參考電壓源、4-ARM、5-USB、6-PC端軟件、7-串口、8-數模轉換器、9-傳感器。當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種小信號采集系統，由模擬前端電路，控制及對外通信電路以及電源電路三部分組成，其特征在于：信號流向：傳感器產生的差分信號直接被高精度模擬數字轉換器拾取，在ADC內部進行放大和濾波等信號調理工作，再轉換成數字信號傳送到控制芯片，控制芯片對該數字信號進行幅值校正，再將調整后的信號通過USB總線傳動給上位機，上位機接收到數據后通過上位機程序講信號波形顯示出來，用戶使用上位機程序對信號波形進行操作。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏子涵，
申請(專利權)人：成都市創為凱科技信息咨詢有限公司，
類型：新型
國別省市：四川;51
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