用于温度实验的阻抗自动补偿模块的制作方法

文档序号:11111339阅读:684来源:国知局
用于温度实验的阻抗自动补偿模块的制造方法与工艺

本发明属于电路系统技术领域,具体涉及一种用于温度实验的阻抗自动补偿模块。



背景技术:

目前在电子器件的温度实验中,温箱内部的温度变化会导致测试系统的阻抗随之发生变化,从而影响信号通路上的信号质量,在信号速率较高的情况下会给测试系统带来信号串扰、反射和过冲等一系列信号完整性问题,严重的时候会导致电路出现误翻转的情况,对于器件的测试产生了严重的影响。

通常解决信号完整性的问题的方法是在信号通路上添加匹配电阻,使得信号通路阻抗与特征阻抗相匹配。传统的方式是在电路设计的时候对信号的质量进行预估,根据预估的信号质量选择相应的匹配电阻进行电路设计。但是这种方式在温度实验的条件下存在着致命的缺陷,即由于温度是实时变化的,也就导致整板阻抗会产生实时变化,而传统的预估方式只能解决在某一温度下的阻抗匹配问题,而不能解决温度变化导致的阻抗变化带来的实时阻抗匹配的问题。因此,采用传统预估的方法往往达不到最优化的信号完整性的效果。需要利用一种灵活的、动态的阻抗匹配调整方法来对系统中的高速信号在不同温度环境下的阻抗进行动态的匹配,确保信号质量的最优化,实现系统的稳定可靠。



技术实现要素:

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是:如何提供一种灵活的用于温度变化自适应动态阻抗匹配模块,以解决电路系统中阻抗随温度变化的阻抗匹配问题。利用该方法可以实现电路系统中阻抗随温度变化的自适应动态调整,能够有效的提高系统的信号完整性和系统的稳定性。

(二)技术方案

为解决现有技术的问题,本发明提供一种用于温度实验的阻抗自动补偿模块,所述阻抗自动补偿模块包括:温度采集电路、可编程逻辑器件、采样反馈电路和电阻阵列,在系统设计时将该模块加入到系统中实现动态温度采集和阻抗匹配功能;

其中,所述温度采集电路用于对外部环境温度进行采集、转换,将数字化的温度数据发送给可编程逻辑芯片;

所述采样反馈电路用于通过信号采样通道实时采集外部信号质量信息并进行转换和处理,将处理后的数字化外部信号质量信息发送给可编程逻辑芯片;

所述可编程逻辑芯片连接了n路阻抗阵列模块,根据温度阻抗算法结合数字化的温度数据以及外部信号质量信息,确定是否需要进行补偿以及补偿量的数值,对应补偿量选择出相应的电阻阻值,将阻抗匹配的命令通过通路发送给各个阻抗阵列模块;

每一个阻抗阵列模块接收阻抗匹配的命令,对其中的补偿数据进行译码,选择相应的电阻接入电路进行阻抗匹配,完成电路补偿,同时设置为可以接入到外部信号通路中;在完成阻抗匹配后,还通过采样反馈电路对信号质量进行实时检测,测试其在完成阻抗匹配后的信号质量是否达到要求,并将获得的外部信号质量信息反馈给可编程逻辑芯片,可编程逻辑芯片根据外部信号质量信息和当前温度数据来决定是否对当前信号通路的阻抗进行进一步调整匹配。

其中,所述n路阻抗阵列模块的路数n由要测试的信号通道数确定。

其中,所述温度采集电路用于实时采集环境温度,并将环境温度进行数字化,然后传送给可编程逻辑芯片;所述温度采集电路通过采用温度传感器配合相应的数字转换电路来实现。

其中,所述可编程逻辑芯片用于实现动态阻抗匹配算法,根据从温度采集电路和采样反馈电路得到的数字化的温度数据以及外部信号质量信息采用该动态阻抗匹配算法来调整电阻阵列,实现阻抗匹配功能;

所述动态阻抗匹配算法的核心思想是将温度信息与信号采样信息综合考虑进行阻抗补偿;

在温度信息方面,通过温度采集电路采集到的温度数据T来计算板上阻抗变化值R0=ε(T-T0),T0为常温,ε为补偿系数,其由所采用的电阻的自身温度特性所决定;

在信号采样反馈方面,通过选择合理的采样点数目m得到该电路的信号质量信息a1,a2……am,计算这些数据与预设数据X的标准差s:

并将s与预设信号质量阈值α相比较,如果s≤α,则该电路不需要进行补偿;如果s>α,则该电路需要补偿,并根据二者的差值β=(s-α)与预设补偿阶数γ的比值确定信号质量补偿数据Sm

在得到阻抗温度变化值R0和信号质量补偿数据Sm,根据二者计算出阻抗匹配的数据R,即补偿量,其中R=λR0+θSm,其中λ为温补系数,θ为信号质量补偿系数;

在得到补偿量R后,根据R的值选择合适的补偿码代表相应的电阻阻值发送给阻抗阵列模块。

其中,所述采样反馈电路用于对于外部信号通路上的信号质量进行实时监测与比较;该采样反馈电路对信号质量进行采样并将采样结果数字化反馈给可编程逻辑芯片;在对多路信号进行采样时,该采样反馈电路每一个采样通道对应一路信号。

其中,所述阻抗阵列模块用于实现阻抗匹配功能,所述电阻阵列模块中每一路信号对应着多个不同阻值的电阻,通过可编程逻辑控制的多路开关来选择将某一个特定阻值的电路接入信号通路中,进行阻抗匹配。

其中,每一个阻抗阵列模块由一个译码器、多个电阻元件和一个多路开关组成,译码器的输入端与可编程逻辑芯片相连,接收可编程逻辑芯片发来的补偿码,译码器的每一个输出端都接入一个不同阻值的电阻;电阻的另一端接入多路开关中实现阻值的选择;断路开关输出端接入信号通路,将选好的电阻接入信号中;

阻抗阵列模块接收到可编程逻辑芯片发送过来的补偿码,通过内置的译码器进行译码,选择将相应通道的电阻接入电路实现动态阻抗匹配。

(三)有益效果

本发明具体是为了解决电路系统在不同温度环境下信号阻抗会产生变化从而影响信号质量的问题。该方案通过外部环境温度信息的采集,根据温度与阻抗变化的关系选择合适的匹配电阻接入电路并根据电路中的信号质量信息进行阻抗的实时动态微调,达到系统在环境温度变化时能够保证一个稳定的系统阻抗,保证电路具有良好的信号完整性。

与现有技术相比较,本发明的技术优势在于:

1、可以根据环境温度变化实时的动态进行阻抗匹配,使得电路的信号质量能够不受温度变化影响,能够有效地解决电路在恶劣环境下的信号完整性问题。

2、可以在不改动系统硬件电路设计的情况下根据外部环境温度和系统实际的信号质量进行实时动态阻抗匹配和调整,采用专门的算法将二者结合起来,使得阻抗匹配的调整更加精确。根本上解决了由于信号完整性问题引起的电路重新改版的问题,能够有效地节省了成本;

3、该电路可以封装成为一个标准通用模块,在设计时加入电路之中而不用进行重新设计,具有很好的可重用性;

4、该模块采用了可编程逻辑芯片作为算法的实现载体,能够根据使用者的需求加载不同的算法,使用十分灵活方便;

5、该模块完全由硬件实现,不需要处理器即可实现阻抗的动态调整和匹配,在一定程度上节省了时间和成本。

附图说明

图1为本方案中模块整体架构原理图。

图2为本方案中电阻阵列内部结构图。

图3为本方案的动态调整流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题,本发明提供一种用于温度实验的阻抗自动补偿模块,该阻抗自动补偿模块用于解决电路系统在温度实验中随着温度变化产生的阻抗变化从而导致的电路的信号完整性问题。

如图1所示,所述阻抗自动补偿模块包括:温度采集电路、可编程逻辑器件、采样反馈电路和电阻阵列,在系统设计时将该模块加入到系统中实现动态温度采集和阻抗匹配功能;

其中,所述温度采集电路用于对外部环境温度进行采集、转换,将数字化的温度数据发送给可编程逻辑芯片;

所述采样反馈电路用于通过信号采样通道实时采集外部信号质量信息并进行转换和处理,将处理后的数字化外部信号质量信息发送给可编程逻辑芯片;

所述可编程逻辑芯片连接了n路阻抗阵列模块,根据温度阻抗算法结合数字化的温度数据以及外部信号质量信息,确定是否需要进行补偿以及补偿量的数值,对应补偿量选择出相应的电阻阻值,将阻抗匹配的命令通过通路发送给各个阻抗阵列模块;

每一个阻抗阵列模块接收阻抗匹配的命令,对其中的补偿数据进行译码,选择相应的电阻接入电路进行阻抗匹配,完成电路补偿,同时设置为可以接入到外部信号通路中;在完成阻抗匹配后,还通过采样反馈电路对信号质量进行实时检测,测试其在完成阻抗匹配后的信号质量是否达到要求,并将获得的外部信号质量信息反馈给可编程逻辑芯片,可编程逻辑芯片根据外部信号质量信息和当前温度数据来决定是否对当前信号通路的阻抗进行进一步调整匹配。

其中,所述n路阻抗阵列模块的路数n由要测试的信号通道数确定。

其中,所述温度采集电路用于实时采集环境温度,并将环境温度进行数字化,然后传送给可编程逻辑芯片;所述温度采集电路通过采用温度传感器配合相应的数字转换电路来实现。

其中,所述可编程逻辑芯片用于实现动态阻抗匹配算法,根据从温度采集电路和采样反馈电路得到的数字化的温度数据以及外部信号质量信息采用该动态阻抗匹配算法来调整电阻阵列,实现阻抗匹配功能;采用该芯片的好处是:第一、可以灵活的进行算法的配置,采用新的算法时不用重新进行模块的电路设计,之需要将新的算法加载到芯片中即可。第二、使得该模块完全由硬件实现,不需要处理器即可实现阻抗的动态调整和匹配。

所述动态阻抗匹配算法的核心思想是将温度信息与信号采样信息综合考虑进行阻抗补偿;

在温度信息方面,通过温度采集电路采集到的温度数据T来计算板上阻抗变化值R0=ε(T-T0),T0为常温(25℃),ε为补偿系数,其由所采用的电阻的自身温度特性所决定;

在信号采样反馈方面,通过选择合理的采样点数目m得到该电路的信号质量信息a1,a2……am,计算这些数据与预设数据X的标准差s:

并将s与预设信号质量阈值α相比较,如果s≤α,则该电路不需要进行补偿;如果s>α,则该电路需要补偿,并根据二者的差值β=(s-α)与预设补偿阶数γ的比值确定信号质量补偿数据Sm

在得到阻抗温度变化值R0和信号质量补偿数据Sm,根据二者计算出阻抗匹配的数据R,即补偿量,其中R=λR0+θSm,其中λ为温补系数,θ为信号质量补偿系数;

在得到补偿量R后,根据R的值选择合适的补偿码代表相应的电阻阻值发送给阻抗阵列模块。

其中,所述采样反馈电路用于对于外部信号通路上的信号质量进行实时监测与比较;该采样反馈电路对信号质量进行采样并将采样结果数字化反馈给可编程逻辑芯片;在对多路信号进行采样时,该采样反馈电路每一个采样通道对应一路信号。

其中,所述阻抗阵列模块用于实现阻抗匹配功能,所述电阻阵列模块中每一路信号对应着多个不同阻值的电阻,通过可编程逻辑控制的多路开关来选择将某一个特定阻值的电路接入信号通路中,进行阻抗匹配。这样做的好处是电阻阵列中包括了常用的多种阻抗匹配的阻值,可以根据电路中的信号质量的好坏进行动态切换,实现电路阻抗的最优化。

其中,每一个阻抗阵列模块由一个译码器、多个电阻元件和一个多路开关组成,译码器的输入端与可编程逻辑芯片相连,接收可编程逻辑芯片发来的补偿码,译码器的每一个输出端都接入一个不同阻值的电阻;电阻的另一端接入多路开关中实现阻值的选择;断路开关输出端接入信号通路,将选好的电阻接入信号中;

阻抗阵列模块接收到可编程逻辑芯片发送过来的补偿码,通过内置的译码器进行译码,选择将相应通道的电阻接入电路实现动态阻抗匹配。

下面结合具体实施例来详细描述本发明

实施例1

本实施例中,用于温度试验的阻抗自动补偿方法的核心思想是通过温度采集电路实时对环境温度进行采集并且通过采样反馈电路实时检测电路中的信号质量,将二者的数据通过动态匹配算法确定电路是否需要补偿和补偿量并选择合适阻值的电阻接入电路。

该方案借助一套动态阻抗匹配模块实现电路阻抗实时动态匹配。该模块整体架构如图1所示,模块主要由采样温度采集电路、反馈电路、可编程逻辑芯片和电阻阵列模块四大部分组成。其中温度采集电路负责采样环境温度数据并将数据发送给可编程逻辑芯片;采样反馈电路的功能是实时采样电路上的信号,通过数模转换转换成数字量传送给可编程逻辑芯片;可编程逻辑芯片将接收到的温度数据和信号质量数据通过动态阻抗匹配算法进行运算,确定是否需要进行补偿以及补偿量的数值,产生相应的补偿数据并发送给电阻阵列模块;电阻阵列模块接收补偿数据并进行译码,选择相应的电阻接入电路,完成电路补偿。

动态阻抗匹配算法的核心思想是将温度信息与信号采样信息综合考虑进行阻抗补偿。在温度信息方面,通过温度采集电路采集到的温度信息T计算板上阻抗变化值R0=ε(T-T0),T0为常温(25℃),ε为补偿系数,其由所采用的电阻的自身温度特性所决定。

在信号采样反馈方面,通过选择合理的采样点数目n得到该电路的信号质量信息a1,a2……an,通过计算这些数据与预设数据x的标准差s,

并将s与预设信号质量阈值α相比较,如果s≤α,则该电路不需要进行补偿;如果s>α,则该电路需要补偿,并根据二者的差值β=(s-α)与预设补偿阶数γ的比值确定信号质量补偿数据Sn

在得到阻抗温度变化值R0和信号质量补偿数据Sn,根据二者计算出阻抗匹配的数据R,其中R=λR0+θSn,其中λ为温补系数,θ为信号质量补偿系数。

在得到补偿值R后,根据R的值选择合适的补偿码发送给电阻阵列模块。

电阻阵列模块内部结构如图2所示,每一个电阻阵列模块由一个译码器、多个电阻元件和一个多路开关组成,译码器的输入端与可编程逻辑芯片相连,接收可编程逻辑芯片发来的补偿码,译码器的每一个输出端都接入一个不同阻值的电阻;电阻的另一端接入多路开关中实现阻值的选择;断路开关输出端接入信号通路,将选好的电阻接入信号中。

电阻阵列模块接收到可编程逻辑芯片发送过来的补偿码,通过内置的译码器进行译码,选择将相应通道的电阻接入电路实现动态阻抗匹配。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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