一种基于开关电源的微弱信号测量方法及装置与流程

本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种基于开关电源的微弱信号测量方法及装置。

背景技术：

在微弱信号检测中，由于信号极其微弱，其量级通常低于10^-6V，因此微弱信号非常容易被强大的噪声信号淹没。

在上述情况下，噪声信号的强度直接影响可检测到的微弱信号的阈值，只有超出噪声水平的微弱信号才能够被可靠检测。这限制了对于微弱信号检测的动态范围。另一方面，叠加在微弱信号波形上的高频噪声还会影响对于微弱信号检测的精度。

对于信号测量装置，通常需要电源为其供电。开关电源是利用电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。在采用开关电源为信号测量装置供电的电路中，开关电源本身会产生较大的噪声。这些噪声会对微弱信号测量带来影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于开关电源的微弱信号测量方法及装置，可以避免开关电源的噪声对于微弱信号测量带来的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于开关电源的微弱信号测量方法，包括：

获取对于微弱信号的测量指令；

控制处于工作状态的所述开关电源停止工作；所述开关电源为微弱信号测量电路供电；

在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；

当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作。

可选的，所述在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号，具体为：

在所述开关电源停止工作的时长达到3至4微秒时，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号。

可选的，所述控制处于工作状态的所述开关电源停止工作，具体包括：

向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号；所述使能信号用于控制所述开关电源中的开关停止动作。

可选的，所述获取对于微弱信号的测量指令，具体包括：

采用现场可编程门阵列FPGA芯片获取对于微弱信号的测量指令；

所述向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号，具体为：

采用所述现场可编程门阵列FPGA芯片向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号。

可选的，所述向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号，具体包括：

向开关电源中的LT3957芯片的FBX引脚发送高电平的使能信号。

一种基于开关电源的微弱信号测量装置，包括：

测量指令获取单元，用于获取对于微弱信号的测量指令；

第一控制单元，用于控制处于工作状态的所述开关电源停止工作；所述开关电源为微弱信号测量电路供电；

第二控制单元，用于在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；

第三控制单元，用于当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作。

可选的，所述第二控制单元，具体包括：

第二控制子单元，用于在所述开关电源停止工作的时长达到3至4微秒时，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号。

可选的，所述第一控制单元，具体包括：

第一控制子单元，用于向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号；所述使能信号用于控制所述开关电源中的开关停止动作。

可选的，所述测量指令获取单元，具体包括：

测量指令获取子单元，用于采用现场可编程门阵列FPGA芯片获取对于微弱信号的测量指令；

所述第一控制子单元，具体包括：

第一电平信号发射子单元，用于采用所述现场可编程门阵列FPGA芯片向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号。

可选的，所述第一控制子单元，具体包括：

高电平信号发射子单元，用于向开关电源中的LT3957芯片的FBX引脚发送高电平的使能信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例中的电子商务网站的数据分析方法及系统，通过获取总访问量；获取页面访问量；获取被点击次数；统计提交的有效表单的表单个数；确定页面访问率；确定按钮点击率；确定信息提交率；确定访客转化率；输出所 述页面访问率、所述按钮点击率、所述信息提交率和所述访客转化率；可以对上述各个环节的状态进行分析，也即实现基于用户浏览网站的过程中产生的数据进行多维度的分析，从而为对网站的运营状况的成因的分析过程提供更加有效的数据。

附图说明

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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的开关电源的电路原理图；

图2为本发明的基于开关电源的微弱信号测量方法实施例的流程图；

图3为本发明的基于开关电源的微弱信号测量装置实施例的结构图。

具体实施方式

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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有技术中的开关电源的电路原理图。

如图1所示，在开关电源处于工作状态时，开关K以一定的时间间隔重复导通和断开。在K接通时，输入电源V_in通过开关K和滤波电路给负载R_L供电、并且向储能电容C₂充能。此时二极管D被反偏而截止。当输出电压V_o达到一定值时，断开开关K。当开关K断开时，输入电源V_in不再给负载R_L供电。但由于电感L的存在，使得流经电感L的电流不会发生突变。电感L 上会产生反向电动势，在此反向电动势下二极管D被导通，从而提供续流，继续给负载R_L供电。当电流下降时，储能电容C₂开始放电，负载R_L两端的电压V_o会下降。当电压V_o下降到一定值时，重新接通开关K，开关电源电路将会重复上述过程。通过控制开关K的导通和断开时间，可以控制输出电压V_o的电压值，完成电源电压的变换。

发明人经过研究发现，从开关电源的工作原理来看，开关电源的噪声不可避免。开关电源的噪声主要来自以下几个方面：

开关管——开关一般选用双极性晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。在开关管导通时，电压的上升需要一定的上升时间；在开关管截止时，电压的下降需要一定的下降时间。这导致在开关管导通和截止时，会在电路中产生一个与上升时间、下降时间的频率相同或奇数倍频的噪声。

二极管——理想的二极管在承受反向电压时截止，不会有反向电流通过。然而，实际应用中，二极管存在寄生电容、电感。在正向导通时，PN结内的电荷被积累。在二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流。反向恢复电流恢复到零点的时间与开关管的频率以及二极管寄生参数有关，会产生较强烈的高频振荡。

感性元件——随着开关K的接通与断开，电感L中的电流也在输入电流的有效值上下一定范围内波动，从而在输出端也会出现一个同频率的电流波动。该波动与滤波电容的容量和串联等效电阻(Equivalent Series Resistance，ESR)相关。电感L两端在开关K断开时也会有很强的反向电动势。该反向电动势属于迅速变化的强脉冲，所占频带很宽，频率范围从中频到甚高频段。因此该反向电动势也会形成噪声源，带来噪声干扰。

开关电源的噪声干扰方式有以下几条：

1、输出噪声干扰。这是指高频脉冲对接在输出电路上的负载电流产生的干扰。输出噪声干扰主要是由于高频电流在印制电路板接地线回路中流动以及 通过分布参数在负载回路中产生电感性耦合、公共阻抗耦合而形成的干扰。这种干扰可分为串模干扰和共模干扰两种类型。共模干扰类型的噪声更难发觉，最终又会转变成串模噪声而干扰电路。

2、辐射干扰。开关电源的辐射干扰又称为开关噪声干扰。这是指开关电源的迅变电流以电磁波的形式通过空间辐射出去，干扰信号电路。

3、返回噪声干扰。高频脉冲通过开关电源输入端的滤波电路以及分布参数耦合到输入电源中，会产生返回噪声。返回噪声对附近接在同一输入电源下的其他线路有强烈的干扰。这种干扰也可分为串模干扰和共模干扰两种形式。

从以上分析可以看出，只要开关电源工作，就会产生噪声。

图2为本发明的基于开关电源的微弱信号测量方法实施例的流程图。如图2所示，该方法可以包括：

步骤201：获取对于微弱信号的测量指令；

本实施例的执行主体可以是控制电路或芯片。例如，可以采用现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)芯片。

所述控制电路或芯片与微弱信号测量电路相连。当需要对微弱信号进行测量时，可以向所述控制电路或芯片发送测量指令，或者，也可以由所述控制电路或芯片自行生成测量指令。当所述控制电路或芯片获取到所述测量指令后，所述控制电路或芯片可以向微弱信号测量电路发送控制指令，该控制指令用于控制所述微弱信号测量电路进行微弱信号测量。

步骤202：控制处于工作状态的所述开关电源停止工作；所述开关电源为微弱信号测量电路供电；

本发明实施例中，当所述控制电路或芯片获取到所述测量指令后，并不会立即向微弱信号测量电路发送控制指令，而是首先控制处于工作状态的所述开关电源停止工作。

具体的，所述控制电路或芯片的一个输出端可以与开关电源的开关控制引 脚相连。当所述控制电路或芯片获取到所述测量指令后，可以通过所述输出端输出第一电平的使能信号。该使能信号可以控制所述开关电源中的开关(对应于图1中的开关K)关闭。

实际应用中，所述第一电平的电平高低取决于开关电源的开关控制引脚的设计参数。如果所述开关电源的开关控制引脚被设计为接收到低电平信号触发开关电源停止工作，则所述第一电平可以设置为较低电压的低电平；如果所述开关电源的开关控制引脚被设计为接收到高电平信号触发开关电源停止工作，则所述第一电平可以设置为较高电压的高电平。

步骤203：在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；

实际应用中，所述第一预设时长可以是3到4微秒之间的范围。当然，所述第一预设时长也可以是5微秒、6微秒等等。经过研究，只要所述开关电源停止工作的时长小于100微秒，以所述开关电源作为电源的微弱信号测量电路均可以正常工作。

当所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，由于有充足的延时时间，此时开关电源的噪声已经基本消失。此时控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号，供电基本上全部由储能电容供给，可以避免开关电源的噪声干扰。

步骤204：当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作。

当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，可以向所述控制电路或芯片发送信号，以告知测量完成。所述控制电路或芯片接收到该信号后，可以控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作。具体的，可以向开关电源中的开关控制引脚发送第二电平的使能信号；所述第二电平的使能信号用于控制所述开关电源中的开关恢复工作。

综上所述，本实施例中，通过在获取对于微弱信号的测量指令后，控制处 于工作状态的所述开关电源停止工作；在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，再控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作；可以适时关闭产生噪声的开关电源，并且开关噪声消除的干净彻底，有效避免了开关电源的噪声对于微弱信号测量带来的影响。

此外，由于消除了开关电源的噪声对于微弱信号测量带来的影响，还能够提高微弱信号测量的精度和动态范围。并且，本方案在具体实现时，可以利用FPGA等现有芯片或电路，实现成本低，占用PCB面积小，利于传感器小型化设计。

实际应用中，可以采用所述FPGA芯片作为本实施例的方法的执行主体。此时，所述获取对于微弱信号的测量指令，具体包括：

采用现场可编程门阵列FPGA芯片获取对于微弱信号的测量指令；

所述向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号，具体为：

采用所述现场可编程门阵列FPGA芯片向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号。

实际应用中，所述开关电源对应的电路还可以采用LT3957芯片进行搭建。此时，所述向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号，具体包括：

向开关电源中的LT3957芯片的FBX引脚发送高电平的使能信号。

由于LT3957芯片的FBX引脚在接收到高电平的使能信号后，可以控制开关管停止工作，因此，向开关电源中的LT3957芯片的FBX引脚发送高电平的使能信号，即可控制处于工作状态的所述开关电源停止工作。

本发明还公开了一种基于开关电源的微弱信号测量装置。

图3为本发明的基于开关电源的微弱信号测量装置实施例的结构图。如图3所示，该装置可以包括：

测量指令获取单元301，用于获取对于微弱信号的测量指令；

第一控制单元302，用于控制处于工作状态的所述开关电源停止工作；所述开关电源为微弱信号测量电路供电；

第二控制单元303，用于在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；

第三控制单元304，用于当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作。

综上所述，本实施例中，通过在获取对于微弱信号的测量指令后，控制处于工作状态的所述开关电源停止工作；在所述开关电源停止工作的时长大于或等于第一预设时长后，再控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号；当所述微弱信号测量电路完成对于所述微弱信号的测量后，控制处于停止状态的所述开关电源恢复工作；可以适时关闭产生噪声的开关电源，并且开关噪声消除的干净彻底，有效避免了开关电源的噪声对于微弱信号测量带来的影响。

此外，由于消除了开关电源的噪声对于微弱信号测量带来的影响，还能够提高微弱信号测量的精度和动态范围。并且，本方案在具体实现时，可以利用FPGA等现有芯片或电路，实现成本低，占用PCB面积小，利于传感器小型化设计。

实际应用中，所述第二控制单元303，具体可以包括：

第二控制子单元，用于在所述开关电源停止工作的时长达到3至4微秒时，控制所述微弱信号测量电路测量微弱信号。

实际应用中，所述第一控制单元302，具体可以包括：

第一控制子单元，用于向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号；所述使能信号用于控制所述开关电源中的开关停止动作。

实际应用中，所述测量指令获取单元301，具体可以包括：

测量指令获取子单元，用于采用现场可编程门阵列FPGA芯片获取对于微 弱信号的测量指令；

所述第一控制子单元，具体可以包括：

第一电平信号发射子单元，用于采用所述现场可编程门阵列FPGA芯片向开关电源中的开关控制引脚发送第一电平的使能信号。

实际应用中，所述第一控制子单元，具体可以包括：

高电平信号发射子单元，用于向开关电源中的LT3957芯片的FBX引脚发送高电平的使能信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。