专利名称：基于负反馈的高精度模数采集电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数据采集领域，具体涉及一种基于负反馈的高精度模数采集电 路。
背景技术：
传统的模数转换技术由于结构工艺的限制，对于-IOV +IOV输入范围的模拟量 采集转换很难实现16位以上的高分辨率。近年来随着大规模集成电路、计算机技术、数字 系统的飞速发展，数字系统日益显示出高性能、可靠性好、灵活性、及体积小、功耗低、成本 低等优点，利用目前已有的高速、中等精度的模数转换器件，结合DSP进行相应的数据处 理、计算、校准，实现了 18位高精度模数采集电路。在实际工程应用中，高速高精度模数转换系统具有极高的应用价值。简单地采用 分辨率> 18位的高精度A/D芯片(只有Σ -Δ类型的A/D转换器能达到这个精度，其输入 范围只能小于-5V +5V，而且采用这种转换器由于其原理上特点不适合高精度要求系统 的模拟信号采样，一般用于语音的采集)，并且由于噪声、传输线耦合干扰等情况，在没有滤 波的情况下实际只能保证11位左右精度，而附加滤波之后，将引入相位的滞后以及实际信 号的失真，而且精度也只能14位左右。
发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以实现18位分辨率采样精度要求的 采集电路。本发明所采用的技术方案是一种基于负反馈的高精度模数采集电路，包括电压跟随电路、放大电路、滤波电 路、A/D转换电路、CPU处理器和D/A反馈电路；其中，外界输入的模拟信号Vi通过电压跟随 电路后与D/A反馈电路的输出Vf做减法运算，运算结果通过反向放大电路、滤波电路送入 A/D转换电路进行采样保持和模数转换；A/D转换电路的模数转换结果在CPU中处理后送至 D/A反馈电路进行数模转换，D/A数模转换芯片采用18位D/A芯片AD760AQ。如上所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其中所述反向放大电路中 运放的放大倍数为2的η次方。如上所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其中所述运放的放大倍数 为256倍或1 倍。如上所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其中所述A/D转换电路中 的A/D芯片采用4通道12位精度的AD7874RN。如上所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其中所述采集电路的采样 周期为0. 625mS。本发明的有益效果是1.系统结构简单且满足了系统18位分辨率的采样精度要求。[0013]2.采用浮点型DSP、中精度ADC和高精度DAC设计出了可以采集18位(确保17 位无跳码)高精度模拟量的模数采集方法。3.采用了在系统中引入了负反馈的方法，可以有效的降低噪声引起的共模干扰， 同时根据系统特点给出了相应的算法，从而可以获得18位分辨率的AD采集系统。4.采集电压范围可达到-IOV +10V。
图1是本实用新型提供的一种基于负反馈的高精度模数采集电路工作原理框图；图2是高精度A/D采集负反馈部分电路图；图2中D1、D2是运算放大器，D3是A/D转换芯片，D4是D/A转换芯片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型提出的一种基于负反馈的高精度模数采集 电路进行介绍如图1所示，一种基于负反馈的高精度模数采集电路包括电压跟随电路、放大电 路、滤波电路、A/D转换电路、CPU处理器和D/A反馈电路。其中，A/D芯片采用4通道12位精度的AD7874RN(可以选择更高精度和更快采样 速度的A/D转换芯片的)。模拟信号Vi通过电压跟随电路后与D/A输出Vf做减法运算，运 算结果通过反向放大(放大倍数为256)、滤波电路送入A/D芯片进行采样保持和模数转换， 所述反向放大和滤波电路为本技术领域技术人员的公知常识；转换结果在CPU(本实施例 中使用DSP)中处理后送至D/A芯片进行数模转换，D/A数模转换芯片采用18位D/A芯片 AD760AQ实现。通过这样的一个闭环跟踪过程，可以在进行信号滤波的同时对输入信号进行 跟踪，满足采集过程的动态特性要求。其基本算法如下V0 (n) = Vi (η)+Kie (η) ‘ +K2 [e (η) _e (η_1) Γe(n) = [Vi-Vf]*256 η = 1，2，3Λ Λe (η) ' = e (η) /4σ = [e(n)-e(n-l)] ' = [e (η)-e (η-1) ]/256其中，Vi(Ii)为保留的上次的最终输出结果值(根据实际需求，在本系统中设计的 采样计算周期为0. 625mS,由于AD760AQ芯片的限制，在两次转换输出最大电压差20V的建 立时间为IMS，所以系统最小采样周期为IMS，当然一般情况下如果两次转换间压差小于 10V，则其采样周期可以缩小到8uS) ;V0(n)为当前计算所得的电压测量值，也即电压反馈 值，由AD760AQ芯片输出；e(n)为外部输入与D/A反馈输出值经放大256倍后，A/D的当前 采样值；由于系统噪声的存在，AD7874RN采样只能保证10位不跳码，故将e(n)除以4(即 22)从而得到e(n)'，所以运放的反大倍数为256倍，即28;0项是用于对信号的预测，由于 电容滤波、采样保持的作用将使输入信号延迟，ο能够减小延迟，补偿相位。Kp K2的选择 是根据各类系统的特点通过实验来确定，在本系统中分别选择0. 83,0. 94。特别说明的是，如果AD7874RN采样结果能保证11位不跳码，则常数4就改为2，常 数256改为128，同样可以实现系统的要求。[0029]如图2所示，外部模拟信号通过高精度采样电阻Rl、R2后变为电压信号Vi,并通过 电容C2进行滤波。AD760AQ(即D4)输出反馈信号Vf，Vi和Vf在运算放大器D2处进行减 法电路处理，运算结果经放大并进行电容Cl滤波后输入A/D转换芯片AD7874RN(即D3)。 AD7874RN的数据线直接与浮点DSP处理器(可选TMS320C31)数据线相连接，控制信号 cs_7874#、rd_7874#、INT_7874#、convst#可直接连接CPLD等外部设备，可由浮点DSP处理 器TMS320C31控制。AD760AQ采用串行工作模式，其数据和控制信号与外部CPLD (完成串并 数据流转换及逻辑控制)相连接，也由TMS320C31完成控制。TMS320C31控制AD7874RN和 AD760AQ进行采样和反馈输出，通过相应算法，系统满足了 18位分辨率的采样精度要求。通过采用了在系统中引入了负反馈的方法，可以有效的降低板内地弹噪声引起的 共模干扰，同时根据系统特点给出了相应的算法，利用低精度器件即可获得18位分辨率的 AD采集系统。
权利要求1.一种基于负反馈的高精度模数采集电路，包括电压跟随电路、放大电路、滤波电路、 A/D转换电路、CPU处理器和D/A反馈电路；其特征在于外界输入的模拟信号Vi通过电压 跟随电路后与D/A反馈电路的输出Vf做减法运算，运算结果通过反向放大电路、滤波电路 送入A/D转换电路进行采样保持和模数转换；A/D转换电路的模数转换结果在CPU中处理 后送至D/A反馈电路进行数模转换，D/A数模转换芯片采用18位D/A芯片AD760AQ。
2.根据权利要求1所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其特征在于所述 反向放大电路中运放的放大倍数为2的η次方。
3.根据权利要求2所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其特征在于所述 运放的放大倍数为256倍或1 倍。
4.根据权利要求1所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其特征在于所述 A/D转换电路中的A/D芯片采用4通道12位精度的AD7874RN。
5.根据权利要求1所述的一种基于负反馈的高精度模数采集电路，其特征在于所述 采集电路的采样周期为0. 625mS。
专利摘要本实用新型属于数据采集领域，具体涉及一种基于负反馈的高精度模数采集电路。该采集电路包括电压跟随电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路、CPU处理器和D/A反馈电路；其中，外界输入的模拟信号Vi通过电压跟随电路后与D/A反馈电路的输出Vf做减法运算，运算结果通过反向放大电路、滤波电路送入A/D转换电路进行采样保持和模数转换；A/D转换电路的模数转换结果在CPU中处理后送至D/A反馈电路进行数模转换，D/A数模转换芯片采用18位D/A芯片AD760AQ。本实用新型通过采用浮点型DSP、中精度ADC和高精度DAC设计出了可以采集18位高精度模拟量的模数采集电路，且采集电压范围可达到-10V～+10V。
文档编号H03M1/12GK201821336SQ20102055017
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者钱亮 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所