一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路的制作方法

本发明涉及模拟信号电路领域，尤其是一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路。

背景技术：

随着信息技术高速发展，高端制造业的兴起，许多智能化高端设备中需要添加各种信号的传感器。传感器输出的一般是模拟信号，需要使用模数转换器将模拟信号转化为数字信号，然后交由高速数字计算机进行处理控制。而对于模拟信号转数字信号的精度问题，一直影响着设备的性能。一般的模数转换芯片精度和线性度都会维持在一定的采样范围中，低于或高于这一范围，直接精度和线性度都会变差，为后级信号处理和补偿制造了许多困难。

技术实现要素：

为了克服上述技术的不足，本发明提供一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路，可以控制输入信号增益，以保证其采集过程中始终维持在模数转换芯片的良好性能区间内，提高系统的数据采集精度与性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路，包括信号源、运算放大器、模拟开关、模数转换器、FPGA、固定增益电阻和配置增益电阻；运算放大器的正输入端连接信号源，运算放大器的负输入端连接模拟开关的输出端；固定增益电阻的一端连接运算放大器的负输入端，另一端接地；模拟开关的八个输入端连接八个配置增益电阻；八个配置增益电阻并联，八个配置增益电阻连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接FPGA的可编程接口，FPGA的可编程接口连接模拟开关的控制端。

本发明的有益效果是，一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路，模数转换器的转换速度为4us，模拟开关的导通速度小于1us，整个系统增益调整过程最长时间为350us，由FPGA根据采集结果自动控制系统的增益，并使用了模拟开关切换运算放大器配置电阻的方式，达到了高速调节，克服了现有技术在系统变更中无法适应的不足，并具有结构简单，工作可靠，适用性强的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路原理图。

图2是FPGA的控制流程图。

图中1.信号源，2.运算放大器，3.模拟开关，4.模数转换器，5.FPGA，6.固定增益电阻，7.配置增益电阻。

具体实施方式

参照附图，一种基于FPGA的模拟信号采集自动增益电路，包括信号源1、运算放大器2、模拟开关3、模数转换器4、FPGA5、固定增益电阻6和配置增益电阻7；运算放大器2的正输入端连接信号源1，运算放大器2的负输入端连接模拟开关3的输出端；固定增益电阻6的一端连接运算放大器2的负输入端，另一端接地；模拟开关3的八个输入端连接八个配置增益电阻7；八个配置增益电阻7并联，八个配置增益电阻7连接运算放大器2的输出端，运算放大器2的输出端连接模数转换器4的输入端，模数转换器4的输出端连接FPGA5的可编程接口，FPGA5的可编程接口连接模拟开关3的控制端。

所述运算放大器2用于完成对外部信号源1的放大调理，配置增益电阻7、固定增益电阻6和模拟开关3组成与运算放大器2配合的可编程放大电路。

所述模数转换器4用于采集运算放大器2调理后的信号，其内部控制总线连接到FPGA5的可编程接口，FPGA5通过内部逻辑控制模数转换器4的配置，启动以及读取转换结果。

所述模拟开关3用于切换信号调理电路的增益，通过FPGA5控制模拟开关3选通配置增益电阻7来完成增益的改变，固定增益电阻6与配置增益电阻7配合运算放大器2形成正比例放大，放大电路公式如下：

Vo = Vi*（R7+R6）/R6；

其中Vo为运算放大器2的输出电压，Vi为运算放大器2的正极输入电压，R7为当前模拟开关3选通的配置电阻组织。

所述固定增益电阻6和配置增益电阻7选择精度为1‰的精密电阻，考虑到模拟开关3导通后通常会有几欧姆到十几欧姆的内阻，因此固定增益电阻6和配置增益电阻7选择10K以上级别，这样可以保证放大调理电路的精度在5‰以内。

所述FPGA5主要用于模拟开关3和模数转换器4的控制，当系统需要更高精度时，启动自动增益，FPGA5根据系统设定控制模数转换器4连续转换，从模数转换器4采集回来的数字量中取出8次采集结果用于内部计算，由于本实例的采集电路中模数转换器4采用16位精度的芯片，因此FPGA5内部程序判断8次采集结果数据中的低4位值相对8次平均值的离散波动，如果超出系统精度需求，FPGA5控制模拟开关3改变系统增益配置，然后再连续启动模数转换器4重复判断工作，直到计算结果满足系统精度需求或系统全部增益无法满足系统精度需求后将最终结果上传。