高速可采集宽电压范围的数字采集器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及数字采集【技术领域】，本发明具体公开了一种高速可采集宽电压范围的数字采集器。此装置通过CPLD可编程逻辑器件8控制高速AD转换器实现双通道模拟电压(-600V～+600V)的数据采集，同时将采集的数据存储在数字存储器9中以等待LVDS总线指令，从而将存储数据传输到LVDS总线上。此装置采用电压衰减电路和基于模拟选择开关和运算放大器的电压调理电路，实现了宽范围电压的衰减和调理，大大提高了采集小信号的精度。此装置采用光电隔离器对外部模拟量进行有效隔离，实现了对CPLD可编程逻辑器件的静电保护。此装置采用高速数字隔离器对采集通道数据进行有效隔离保护，提高了CPLD可编程逻辑器件对前端采集电路的抗干扰能力和采集通道间的抗干扰能力。
【专利说明】高速可采集宽电压范围的数字采集器
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字采集【技术领域】，特别是指一种高速可采集宽电压范围的数字采集器。
【背景技术】
[0002]随着计算机的广泛应用和微电子学的高度发展，数字系统已被广泛应用于国民经济、国防建设与科学实验的各个领域。和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点。外部世界各种被检测量，如温度、压力、位移、流量、角度和位置等，通过相应的各种类型的传感器转换成进一步处理的物理量(一般为电压或电流等信号)，数字系统将这些模拟信号转换成便于存储和处理的数字信号。
[0003]数据采集技术是信息科学的一个重要分支，与传感技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础。在生产过程中，应用数据采集系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监控和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息。在科学研宄中，应用数据采集系统可获得的大量动态信息，是研宄瞬间物理过程的有力工具。随着科学技术的发展，各个方面的应用已对数据采集的采样速度、采样电压范围、分辨率、精度、接口能力及抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高速可采集宽电压范围的数字采集器，其克服了现有技术中所形成的采样速度和精度低、采样范围窄、可靠性和扩展性差等不足，实现了双通道、宽电压范围(-600V?+600V)的高速数据采集、存储及传输，并采取多种措施提高了系统的可扩展性、抗干扰能力和可靠性。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案:一种高速可采集宽电压范围的数字采集器，包括电压衰减电路一、与电压衰减电路一连接的电压调理电路一、与电压调理电路一连接的AD转换电路一、与AD转换电路一连接的数字隔离电路、与数字隔离电路连接的CPLD可编程逻辑器件、与CPLD可编程逻辑器件连接的光耦合隔离电路一、与光耦合隔离电路一连接的档位选择电路一；
[0006]还包括电压衰减电路二、与电压衰减电路二连接的电压调理电路二、与电压调理电路二连接的AD转换电路二，AD转换电路二与所述数字隔离电路连接，所述CPLD可编程逻辑器件上连接有光耦合隔离电路二，所述光耦合隔离电路二上连接有档位选择电路二 ；
[0007]所述CPLD可编程逻辑器件上连接有数字存储器和LVDS收发器。
[0008]其中，所述CPLD可编程逻辑器件与所述LVDS收发器之间通过LVDS总线连接。
[0009]电压衰减电路一和电压衰减电路二将输入范围为-600V?+600V的电压进行衰减以便后续电压调理。电压调理电路一和电压调理电路二根据不用的档位选择信号将衰减后的电压进行分档并调理到AD转换电路一和AD转换电路二容许的输入电压范围。AD转换电路一和AD转换电路二将调理后的模拟电压转换为数字信号。数字隔离电路对采集数据以及控制信号进行隔离处理，防止采集通道间信号干扰和前端采集电路对CPLD可编程逻辑器件的干扰。CPLD可编程逻辑器件一方面控制采集电压的衰减比和采集速度，将采集数据传送到数字存储器中，另一方面等待LVDS总线指令，将存储数据发送到LVDS总线上。数字存储器与CPLD可编程逻辑器件通讯，实现采集数据的存储。LVDS收发器是LVDS总线和CPLD可编程逻辑器件的通讯接口。档位选择电路一和档位选择电路二将档位信号通过光耦合隔离电路一和光耦合隔离电路二发送到CPLD可编程逻辑器件中进行档位的选择控制。
[0010]本发明的有益效果是:本发明设计了一套高速宽电压范围的数字采集器，采样速度达到20MSPS，采集电压宽度达到-600V?+600V，具有高度隔离保护功能且易于扩展。具体的，本发明具有以下优势:
[0011]1、采用电压衰减电路和基于模拟选择开关和运算放大器的电压调理电路，实现了宽范围电压的衰减和调理，大大提高了采集小信号的精度。
[0012]2、采用LVDS总线作为数据通讯总线，其速度高、噪声低、成本低、抗噪声能力强，提高采集数据传输速度的同时，增强了系统的抗噪声能力和可扩展性；
[0013]3、采用光电隔离器对外部模拟量进行有效隔离，实现了对CPLD可编程逻辑器件的静电保护；
[0014]4、采用高速数字隔离器对采集通道数据进行有效隔离保护，提高了 CPLD可编程逻辑器件对前端采集电路的抗干扰能力和采集通道间的抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本发明的系统框图；
[0017]图2为本发明中电压衰减电路一和电压调理电路一的电路图；
[0018]图3为本发明中档位选择电路一和光耦合隔离电路一的电路图；
[0019]图中，1-电压衰减电路一 ；2-电压调理电路一 ；3_AD转换电路一 ；4_电压衰减电路二 ；5_电压调理电路二 ；6-AD转换电路二 ；7_数字隔离电路；8-CPLD可编程逻辑器件；9-数字存储器；10-LVDS收发器；11-档位选择电路一 ；12_光耦合隔离电路一 ；13-档位选择电路二 ；14_光耦合隔离电路二。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]一种如图1、图2及图3所示的高速可采集宽电压范围的数字采集器，包括有电压衰减电路一 1(由10个240ΚΩ，精度为千分之一的电阻组成)、电压调理电路一 2(由高速CMOS模拟选择开关74HC4052、高速运算放大器ADA4851以及外围电阻组成)、AD转换电路一 3 (由高带宽、高速AD9200芯片以及外围电容组成)、电压衰减电路二 4 (由10个240K Ω，精度为千分之一的电阻组成)、电压调理电路二 5 (由高速CMOS模拟选择开关74HC4052、高速运算放大器ADA4851以及外围电阻组成)、AD转换电路二 6(由高带宽、高速AD9200芯片以及外围电容组成)、数字隔离电路7 (由8个高速数字隔离器ADUM3401组成)、CPLD可编程逻辑器件8 (EPM3256AQC208)、数字存储器9 (IS61WV102416BLL) ,LVDS收发器10 (由4个DS26F31M驱动器和3个DS26F32M接收器组成)、档位选择电路一 11 (由旋钮开关、电阻、电容和二极管组成)、光耦合隔离电路一 12(由光电隔离器PS2801-4组成)、档位选择电路二13 (由旋钮开关、电阻、电容和二极管组成)、光耦合隔离电路二 14 (由光电隔离器PS2801-4组成)。
[0022]本发明中电压衰减电路一 I将电压范围为-600V?+600V的电压INVA衰减为-5V?+5V的电压VA，发送到电压调理电路一 2。
[0023]电压调理电路一 2根据不用的档位选择信号PA_S0/PA_S1将-5V?+5V的电压VA调理成O?+2V的电压PVA，发送到AD转换电路一 3。
[0024]AD转换电路一 3通过PA_CLK时钟将O?+2V的模拟电压PVA转换为数字信号PDA发送到数字隔离电路7。
[0025]电压衰减电路二 4将电压范围为-600V?+600V的电压INVB衰减为-5V?+5V的电压VB，发送到电压调理电路二 5。
[0026]电压调理电路二 5根据不用的档位选择信号PB_S0/PB_S1将-5V?+5V的电压VB调理成O?+2V的电压PVB，发送到AD转换电路二 6。
[0027]AD转换电路二 6通过PB_CLK时钟将O?+2V的模拟电压PVB转换为数字信号I3DB发送到数字隔离电路7。
[0028]数字隔离电路7将数字信号PDA和PDB进行隔离并传送到CPLD可编程逻辑器件8，同时接收CPLD可编程逻辑器件8的控制信号KA/B进行隔离。
[0029]CPLD可编程逻辑器件8将数字隔离电路7的数字信号TODA/B存储到数字存储器9中，并通过LVDS收发器10传输到LVDS总线上；同时监控来自档位选择电路一 11的信号NA和档位选择电路二 13的信号NB，对采集电压进行合理的衰减控制；
[0030]数字存储器9可通过信号DATA/ADDRESS与CPLD可编程逻辑器件8进行数据传输。
[0031]LVDS收发器10可通过CPLD可编程逻辑器件8将数字存储器9中存储的数据传输到LVDS总线上，也可接收LVDS总线上的数据存储到数字存储器9中。
[0032]档位选择电路一 11和档位选择电路二 13将档位信号NA(NA_6V、NA_30V、NA_150V、NA_300V)和NB(NB_6V、NB_30V、NB_150V、NB_600V)通过光耦合隔离电路一 12和光耦合隔离电路二 14发送到CPLD可编程逻辑器件8中进行档位的选择控制。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高速可采集宽电压范围的数字采集器，其特征在于，包括电压衰减电路一(I)、与电压衰减电路一⑴连接的电压调理电路一(2)、与电压调理电路一⑵连接的AD转换电路一(3)、与AD转换电路一(3)连接的数字隔离电路(7)、与数字隔离电路(7)连接的CPLD可编程逻辑器件(8)、与CPLD可编程逻辑器件(8)连接的光耦合隔离电路一(12)、与光耦合隔离电路一(12)连接的档位选择电路一(11); 还包括电压衰减电路二(4)、与电压衰减电路二(4)连接的电压调理电路二(5)、与电压调理电路二(5)连接的AD转换电路二(6)，AD转换电路二(6)与所述数字隔离电路(7)连接，所述CPLD可编程逻辑器件(8)上连接有光耦合隔离电路二(14)，所述光耦合隔离电路二(14)上连接有档位选择电路二(13)； 所述CPLD可编程逻辑器件(8)上连接有数字存储器(9)和LVDS收发器(10)。
2.根据权利要求1所述的高速可采集宽电压范围的数字采集器，其特征在于:所述CPLD可编程逻辑器件(8)与所述LVDS收发器(10)之间通过LVDS总线连接。
【文档编号】H03M1/12GK104485959SQ201410753389
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】王彦超, 孟凡军, 郑普超 申请人:孟凡军