本实用新型涉及采集板测试领域，尤其涉及一种用于信号采集板的测试校准板。
背景技术：
采集板上有多个运算放大器芯片来实现信号到ADC芯片之间的转换。由于放大器的芯片特性以及外围电阻的精度误差，实际电路存在跟理论设计上的偏差。如果对这种偏差不校准，则会大大降低采集板的精度。例如电阻误差导致的运算放大器增益误差，使采集卡测试信号的交流峰峰值出现精度问题。寄生电容的存在导致信号的幅度随频率发生衰减。运放自身的零偏，导致采集卡测试直流出现错误。ADC自身的转换斜率误差则会使采集卡测试信号的交流和直流时都会出现问题。
对于这种电路误差的校准，目前一般的做法有两种，一种是选用高精度的运算放大器，高精度ADC和高精度电阻，这样可以提高精度，但是带来成本的大幅度提升。另一种是用可变电阻器电容器，人工来调节电路的增益、零偏和补偿电容，这样费时费力，并且由于人工读数的误差，校准效果也不是很理想。因此，研发一种针对信号采集板的测试校准板是个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决以上技术问题，提供一种用于信号采集板的测试校准板。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于信号采集板的测试校准板，包括测试校准板，所述测试校准板包括模拟插座连接器、可变增益放大单元、电机单元、模拟开关阵列、高精度直流电源和数字插座连接器，所述模拟插座连接器分别与电机单元、模拟开关阵列、可变增益放大单元电连接，所述模拟开关阵列分别与可变增益放大单元、高精度直流电源电连接，所述数字插座连接器分别与电机单元、模拟开关阵列、高精度直流电源和可变增益放大单元电连接。
进一步的，所述电机单元包括第一步进电机、第二步进电机、第一电机驱动芯片(DRV8833)和第二电机驱动芯片(DRV8833)，所述第一电机驱动芯片与第一步进电机电连接，所述第二电机驱动芯片与第二步进电机电连接。
进一步的，所述第一步进电机和第二步进电机的电机轴均分别与一个一字型的螺丝刀头通过刀头后端的弹簧相连，IO发送控制信号给第一电机驱动芯片和第二电机驱动芯片，经过驱动芯片后可以调节步进电机的正转或者反转。信号采集板上待调节的可变电容通过一字型的螺丝可以旋转，正转可以增加电容值，反转可以减小电容值，从而实现调节电容值。
进一步的，所述模拟开关阵列包括多路模拟开关(优选四路模拟开关)，所述模拟开关的型号为SN74HCT4052。
进一步的，所述可变增益放大单元包括高精度放大器(OPA2180)和模拟开关(TS12A4516)，所述高精度放大器与模拟开关电连接，所述高精度放大器与模拟开关阵列中的第三模拟开关电连接。
进一步的，所述模拟插座连接器包括电源针脚、示波器针脚、信号源针脚，所述电源针脚分两路，一路与电机单元中的电机驱动芯片电连接，另一路通过电阻求和后与模拟开关阵列中的第二模拟开关电连接，所述示波器针脚与模拟开关阵列中的第一模拟开关电连接，所述信号源针脚与可变增益放大单元中的高精度放大器电连接。
进一步的，所述数字插座连接器包括IO输入针脚和IO输出针脚，IO 测试时，IO输入针脚和IO输出针脚通过自环走线电连接。
进一步的，所述高精度直流电源包括高精度放大器(OPA2180)、高精度数据转换器(DAC7811)、基准源(REF3325)。
进一步的，所述模拟插座连接器为模拟端口的40针连接器，所述数字插座连接器为数字端口的36针连接器，测试校准板通过模拟插座连接器、数字插座连接器与信号采集板上对应的连接器电连接，传输数据，进行信号采集板的校准和测试。在信号采集板上设有供电的USB接口和电脑通讯的 USB接口。
本实用新型具有的优点和积极效果如下：
1、本测试校准板利用了待测试校准的信号采集板上电路功能，测试校准板上不用添加检测电路，简化了测试校准板。
2、本测试校准板在校准信号采集板信号源单元时，小信号通过了测试校准板上的高精度放大器，放大后再测试，提高了精度。
3、本测试校准板由信号采集板的数字IO单元控制，切换信号流向，对信号采集板上的多个模拟功能单元进行测试和校准。
附图说明
图1是测试校准板原理框图；
图2是测试校准板和信号采集板装配示意图；
图3是电机单元调节信号采集板上待调节的可变电容的示意图；
图4是信号采集板进行示波器功能的匹配校准时的示意图；
图5是信号采集板上电源功能测试时的示意图；
图6是IO功能测试时的示意图。
图中：
1、模拟插座连接器；2、电源针脚；3、示波器针脚；4、信号源针脚；5、电阻；6、可变增益放大单元；7、高精度放大器OPA2180；8、模拟开关 TS12A4516；9、电机单元；10、第一步进电机；11、第二步进电机；12、第一电机驱动芯片DRV8833；13、第二电机驱动芯片DRV8833；14、模拟开关阵列；15、第一模拟开关；16、第二模拟开关；17、第三模拟开关；18、第四模拟开关；19、高精度直流电源；20、高精度放大器OPA2180；21、高精度数据转换器DAC7811；22、基准源REF3325；23、数字插座连接器； 24、IO输入针脚；25、IO输出针脚；26、自环走线；27、供电的USB接口； 28、电脑通讯的USB接口；29、模拟端口的40针连接器；30、数字端口的 36针连接器；31、螺丝刀头；32、多路模拟开关；33、待调节的可变电容
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
如图1和2所示，一种用于信号采集板的测试校准板，包括测试校准板，所述测试校准板包括模拟插座连接器1、可变增益放大单元6、电机单元9、模拟开关阵列14、高精度直流电源19和数字插座连接器23，所述模拟插座连接器1分别与电机单元9、模拟开关阵列14、可变增益放大单元6电连接，所述模拟开关阵列14分别与可变增益放大单元6、高精度直流电源19电连接，所述数字插座连接器23分别与电机单元9、模拟开关阵列14、高精度直流电源19和可变增益放大单元6电连接。所述电机单元9包括第一步进电机10、第二步进电机11、第一电机驱动芯片12(DRV8833)和第二电机驱动芯片13(DRV8833)，所述第一电机驱动芯片12与第一步进电机10 电连接，所述第二电机驱动芯片13与第二步进电机11电连接。
所述模拟开关阵列14包括多路模拟开关32(优选四路模拟开关)，所述模拟开关的型号为SN74HCT4052。所述可变增益放大单元6包括高精度放大器7(OPA2180)和模拟开关8(TS12A4516)，所述高精度放大器7与模拟开关阵列中的第三模拟开关17电连接。所述高精度直流电源19包括高精度放大器20(OPA2180)、高精度数据转换器21(DAC7811)、基准源22 (REF3325)。
所述模拟插座连接器包括电源针脚2、示波器针脚3、信号源针脚4，所述电源针脚2分两路，一路与电机单元9中的电机驱动芯片电连接，另一路通过电阻5求和后与模拟开关阵列14中的第二模拟开关16电连接，所述示波器针脚3与模拟开关阵列14中的第一模拟开关15电连接，所述信号源针脚4与可变增益放大单元6中的高精度放大器7电连接。
所述数字插座连接器23包括IO输入针脚24和IO输出针脚25，IO测试时，IO输入针脚24和IO输出针脚25通过自环走线电连接。
所述模拟插座连接器1为模拟端口的40针连接器，所述数字插座连接器23为数字端口的36针连接器，测试校准板通过模拟插座连接器1、数字插座连接器23与信号采集板上对应的连接器电连接，传输数据，进行信号采集板的校准和测试。在信号采集板上设有供电的USB接口27和电脑通讯的USB接口28。
如图3所示，所述第一步进电机10和第二步进电机11的电机轴均分别与一个一字型的螺丝刀头31通过刀头后端的弹簧相连，IO发送控制信号给第一电机驱动芯片12和第二电机驱动芯片13，经过驱动芯片后可以调节步进电机的正转或者反转。信号采集板上待调节的可变电容33通过一字型的螺丝可以旋转，正转可以增加电容值，反转可以减小电容值，从而实现调节电容值。生产线上进行测试校准时，将测试校准板插接在待测试的信号采集板上，这时一字型的螺丝刀头31就会接触到待调节的可变电容33。螺丝刀头31的后端有弹簧，所以会有合适的力压在待调节的可变电容33上。并且容许有较小的位置误差来对接。步进电机转动时螺丝刀头31就会带动待调节的可变电容33转动。从而实现调节可变电容的电容值。
如图4所示，PC机上的软件采集到不匹配情况1的波形，就控制反转减小可变电容33的电容值。采集到不匹配情况2时，就控制正转增加可变电容33的电容值。转一个步进量，采集一次波形，达到匹配波形后则停止转动。
使用中，下方是待校准和测试的信号采集板(如EPI-M204和 EPI-M304)，上方是测试校准板。测试校准板插接在等待测试校准的信号采集板上。完成一块信号采集板的校准和测试后，分离信号采集板和测试校准板。再换一块信号采集板插在下方进行测试和校准。以此类推。生产线上测试校准板是重复使用的，当生产任务多的时候，可以使用多块测试校准板同时进行。
信号采集板上供电的USB接口27给信号采集板供电，电脑通讯的USB 接口28与PC机传输数据。待测信号采集板通过模拟端口的40针连接器29 上的电源针脚给测试校准板供电。待测信号采集板通过模拟端口的40针连接器29上的信号源针脚向测试校准板发送信号。待测信号采集板通过模拟端口的40针连接器29上的示波器针脚来接收测试校准板发过来的信号。待测信号采集板通过数字端口的36针连接器30上的逻辑IO针脚来控制测试校准板上的多路模拟开关32。多路模拟开关32可以用于切换测试校准板上模拟插座连接器1、可变增益放大单元6、高精度直流电源19之间的模拟信号。待测信号采集板通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23 上的逻辑IO来控制电机单元9的转动。运行在PC机上的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28来控制信号采集板执行上述功能。
一种通过上述测试校准板的校准和测试方法，包括信号采集板上示波器功能的匹配校准、信号采集板上示波器功能的幅度校准、信号采集板上信号源功能的幅度校准；
所述信号采集板上示波器功能的匹配校准过程为：PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28发送命令来控制信号采集板完成如下步骤：
A、信号采集板上的信号源单元产生一个1KHz 1Vpp的方波信号；
B、方波信号经过模拟端口的40针连接器29和模拟插座连接器1进入测试校准板；
C、信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制多路模拟开关将方波信号送入模拟插座连接器1的示波器针脚；
D、模拟插座连接器1和模拟端口的40针连接器29是连通的，方波信号通过模拟插座连接器1和模拟端口的40针连接器29进入信号采集板的示波器功能单元；
E、PC机上的软件通过电脑通讯的USB接口28读取到信号采集板示波器单元采集到的方波波形，方波波形有图4所示的不匹配和匹配情况；
F、PC机上的软件通过比较方波波形再控制第一步进电机10和第二步进电机11转动信号采集板上的可调电容，使不匹配的方波波形变为匹配，匹配校准完成。
所述信号采集板上示波器功能的幅度校准过程如下：
第一步直流校准：PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28发送命令来控制信号采集板完成如下步骤。信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制多路模拟开关32将模拟插座连接器1的示波器针脚接零电位。PC机上的软件通过脑通讯的USB接口28 读取到信号采集板示波器单元此时的数值D。D就是示波器单元的零偏。PC 机上的软件将-D数据送回示波器单元，示波器单元的直流调节电路将-D数据转换为电压抵消示波器单元的零偏。这个过程交替进行数次，可以使零偏数据D趋近与0。第一步直流校准完毕。
第二步峰峰值校准。PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28 发送命令来控制信号采集板完成如下步骤。信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制高精度直流电源19产生V1 电压，信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制多路模拟开关32将V1电压送入模拟插座连接器1的示波器针脚。模拟插座连接器1和模拟端口的40针连接器29是连通的，V1电压通过模拟插座连接器1和模拟端口的40针连接器29进入信号采集板的示波器功能单元。PC机上的软件通过电脑通讯的USB接口28读取到信号采集板示波器单元此时的数值M。重复上述步骤，高精度直流电源19产生V2送入示波器单元，PC机软件读出数值N。计算信号采集板的ADC转换斜率＝(N-M)/ (V2-V1)。ADC转换常量＝M-V1*ADC转换斜率。第二步峰峰值校准完毕。
所述信号采集板上信号源功能的幅度校准包括：信号采集板上电源功能测试、示波器功能测试、信号源功能测试和逻辑IO功能测试。
一、电源功能测试。PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28 发送命令来控制信号采集板完成如下步骤。信号采集板的电源单元在模拟端口的40针连接器29上有五个输出针脚，产生五个电压V1到V5。通过模拟端口的40针连接器29和模拟插座连接器1送到测试校准板上，与电阻5R1 到R5连接。V1到V5经过电阻R1到R5求和后产生电压F1。信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制多路模拟开关32将F1送到示波器单元。PC机上的软件通过电脑通讯的USB接口28 读取到信号采集板示波器单元此时的数值D。PC机上的软件将D与标准值比较就可以检测出V1到V5是否有故障。如图5所示，此方法一次测试了5个电源，省时省力。
二、示波器功能测试和信号源功能测试。PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28发送命令来控制信号采集板完成如下步骤。信号源发送包含直流和交流的信号Vs，直流分量值为Vdc，交流分量值为Vac。信号采集板的逻辑IO通过数字端口的36针连接器30和数字插座连接器23控制多路模拟开关32将Vs送到示波器单元。PC机上的软件通过电脑通讯的USB 接口28读取到信号采集板示波器单元此时的数值，计算出直流分量Vdc和交流分量Vac。PC机上的软件比较示波器测试和信号源发送的Vdc和Vac。两者一致，说明示波器和信号源功能正常，不一致则示波器和信号源有问题，需要维修。此方法将信号采集板上信号源单元和示波器单元一同测试，不必在测试校准板上添加检测电路，一次测试可以检测两个单元，省时省力。
三、IO功能测试：PC机的测试校准程序通过电脑通讯的USB接口28发送命令来控制信号采集板完成如下步骤。信号采集板的IO输出单元发送数值K，数值K通过数字端口的36针连接器30到数字插座连接器23的IO输出针脚进入测试校准板。测试校准板的PCB线路将数值K通过数字插座连接器23到数字端口的36针连接器30的IO输入针脚送回给信号采集板的IO 输入单元。IO输入单元比较接收到的数值，跟K一致则IO输入和输出单元工作正常，不一致则IO输入和输出单元有问题。如图6所示，此方法一次可以测试两个单元。K值选择十六进制0x5555 0xaaaa 0x6666 0x9999可以使排针的左右相邻和上下相邻都检测到。
本方法充分利用待测试的信号采集板自身电路功能，使得可以使用简化的测试校准板进行测试和校准。PC机上运行的测试校准程序使测试校准过程全部自动化。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。