基于PXI总线的高压放大器装置及其工作方法与流程

本发明涉及测试测量
技术领域：
，尤其涉及一种基于pxi总线的高压放大器装置及其工作方法。
背景技术：
：在某高压雷达测试系统模拟量校准过程中，需要最高300v的标准直流电压信号和最高115v/400hz的交流电压信号进行校准，一般均使用多功能标准源的电压功能提供。由于测试系统经常需要现场计量，而多功能标准源体积大，加上其他功能的计量，标准仪器不利于携带。在自设计的基于pxi总线的高压信号发生装置中，核心是要实现交流、直流电压信号的放大。而在已知的信息查询中，目前没有发现能够同时满足交流、直流电压信号放大需求的高压放大器装置。技术实现要素：鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于pxi总线的高压放大器装置及其工作方法，用以解决现有技术中缺少同时满足交流、直流电压信号放大需求的高压放大器装置的问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，提供了一种基于pxi总线的高压放大器装置，所述装置包括：pxi总线接口电路，用于接收耦合方式控制信号、放大量程控制信号，并将所述耦合方式控制信号转化为本地耦合方式控制信号，将所述放大量程控制信号转化为本地放大量程控制信号；输入耦合切换电路，用于基于所述本地耦合方式控制信号，实现直流耦合和交流耦合之间的切换耦合；量程切换电路，用于基于所述本地放大量程控制信号，实现不同倍数放大电路的切换放大；信号输入输出连接器，用于接收基准电压，并将所述基准电压输入至所述输入耦合切换电路；还用于输出依次经所述输入耦合切换电路、所述量程切换电路处理得到的放大后的电压。在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：进一步，所述装置还包括放大器供电连接器、放大电路电源模块；所述放大器供电连接器，用于连接所述放大电路电源模块，利用所述放大电路电源模块为所述不同倍数放大电路提供相应的供电电压。进一步，所述装置还包括：i/o隔离与驱动电路，用于接收所述本地耦合方式控制信号及所述本地放大量程控制信号，经隔离、驱动处理后，得到所述输入耦合切换电路的驱动信号，以及所述量程切换电路的驱动信号。进一步，所述i/o隔离与驱动电路包括第一i/o隔离电路、第二i/o隔离电路、i/o锁存器电路、i/o驱动电路；其中，由所述第一i/o隔离电路接收所述本地耦合方式控制信号，经隔离处理后发送至所述i/o锁存器电路锁存，并经所述i/o驱动电路驱动后生成所述输入耦合切换电路的驱动信号；由所述第二i/o隔离电路接收所述本地放大量程控制信号，经隔离处理后发送至所述i/o锁存器电路锁存，并经所述i/o驱动电路驱动后生成所述量程切换电路的驱动信号。进一步，所述输入耦合切换电路包括：双刀双掷继电器、rc滤波电路；其中，所述继电器的线圈，一端用于连接电源正或电源负，另一端用于连接所述输入耦合切换电路的驱动信号；所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于接收所述基准电压、第二活动触点作为信号耦合后的输出电压；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点直接连接，形成直流耦合通道；所述双刀双掷继电器的第一常开触点与第二常开触点之间连接有rc滤波电路，形成交流耦合通道；当所述驱动信号使得所述继电器线圈不吸合时，所述输入耦合切换电路工作于直流耦合方式；当所述驱动信号使得所述继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于交流耦合方式。进一步，所述输入耦合切换电路包括控制直流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路、控制交流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路；所述控制直流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路，所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于接收所述基准电压、第二活动触点作为信号耦合后的输出电压；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点悬空不接，第一常开触点与第二常开触点之间直接连接，形成直流耦合通道；所述控制交流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路，所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于接收所述基准电压、第二活动触点作为信号耦合后的输出电压；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点悬空不接，第一常开触点与第二常开触点之间连接有rc滤波电路，形成交流耦合通道；当所述驱动信号使得所述控制直流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路中的继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于直流耦合方式；当所述驱动信号使得所述控制交流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路中的继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于交流耦合方式。进一步，所述量程切换电路包含多个不同放大量程的切换电路，每个放大量程的切换电路均包括：双刀双掷继电器；其中，所述继电器的线圈，一端用于连接电源正或电源负，另一端用于连接适配于当前放大量程切换电路的驱动信号；所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于连接适配于当前放大量程切换电路的放大器信号输入端、第二活动触点用于连接适配于当前放大量程切换电路的放大器信号输出端；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点接地、第二常闭触点悬空不接；所述双刀双掷继电器的第一常开触点用于连接所述信号耦合后的输出电压，所述第二常开触点与所述信号输入输出连接器中的输出端口相连，用于输出所述当前放大量程切换电路的放大后的信号；当所述适配于当前放大量程切换电路的驱动信号使得所述继电器线圈吸合时，利用所述当前放大量程切换电路进行放大。进一步，所述pxi总线接口电路包括fpga芯片、配置芯片和pxi接口连接器；其中，所述pxi接口连接器，与pxi背板连接，用于完成pxi总线与所述fpga芯片的通信控制；所述配置芯片，用于保存所述fpga芯片的初始配置信息；所述fpga芯片，用于基于pxi总线时序，将所述耦合方式控制信号转化为本地耦合方式控制信号，将所述放大量程控制信号转化为本地放大量程控制信号。进一步，所述基准电压与所述耦合方式控制信号相匹配；当所述耦合方式控制信号为直流耦合时，所述基准电压为直流电压；当所述耦合方式控制信号为交流耦合时，所述基准电压为交流电压。进一步，所述基准电压、所述耦合方式控制信号、所述放大量程控制信号，由pxi控制器处理目标电压得到。另一方面，提供了一种基于pxi总线的高压放大器装置的工作方法，所述方法包括以下步骤：由pxi总线接口电路接收耦合方式控制信号、放大量程控制信号，并将所述耦合方式控制信号转化为本地耦合方式控制信号，将所述放大量程控制信号转化为本地放大量程控制信号；输入耦合切换电路基于所述本地耦合方式控制信号，实现直流耦合和交流耦合之间的切换耦合；量程切换电路基于所述本地放大量程控制信号，实现不同倍数放大电路的切换放大；通过信号输入输出连接器接收基准电压，所述基准电压依次经过所述输入耦合切换电路、所述量程切换电路，处理得到放大后的电压。本发明有益效果如下：本发明提供的基于pxi总线的高压放大器装置，能够基于耦合方式控制信号、放大量程控制信号，确定其直流/交流耦合方式及相应的信号放大量程，并基于耦合方式及信号放大量程，对基准电压进行处理后得到放大后的电压输出值。该装置能够根据用户需求得到相应的直流/交流电压输出值，能够同时满足交流、直流电压信号放大的需求，结构简单，适用范围广。本发明还提供了一种基于pxi总线的高压放大器装置的工作方法，该方法基于上述基于pxi总线的高压放大器装置实现，上述方法和装置基于相同的原理实现，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本发明实施例中基于pxi总线的高压放大器装置系统框图；图2为本发明实施例中i/o隔离与驱动电路结构框图；图3为本发明实施例中输入耦合切换电路结构图；图4a)控制直流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路；图4b)控制交流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路；图5为本发明实施例中量程切换电路结构图；图6a)为本发明实施例中1倍放大器电路结构图；图6b)为本发明实施例中5倍/50倍放大器电路结构图；图7为本发明实施例中基于pxi总线的高压放大器装置的工作方法流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。本发明的一个具体实施例，公开了一种基于pxi总线的高压放大器装置，系统框图如图1所示，所述装置包括：pxi总线接口电路，用于接收耦合方式控制信号、放大量程控制信号，并将所述耦合方式控制信号转化为本地耦合方式控制信号，将所述放大量程控制信号转化为本地放大量程控制信号；所述输入耦合切换电路，用于基于所述本地耦合方式控制信号，实现直流耦合和交流耦合之间的切换耦合；所述量程切换电路，用于基于所述本地放大量程控制信号，实现不同倍数放大电路的切换放大；信号输入输出连接器，用于接收基准电压，并将所述基准电压输入至所述输入耦合切换电路；还用于输出依次经所述输入耦合切换电路、所述量程切换电路处理得到的放大后的电压。与现有技术相比，本实施例提供的基于pxi总线的高压放大器装置基于耦合方式控制信号、放大量程控制信号，确定其直流/交流耦合方式及相应的信号放大量程，并基于耦合方式及信号放大量程，对基准电压进行处理后得到放大后的电压输出值。该装置能够根据用户需求得到相应的直流/交流电压输出值，能够同时满足交流、直流电压信号放大的需求，结构简单，适用范围广。优选地，pxi总线接口电路可包括fpga芯片、配置芯片和pxi接口连接器。fpga芯片基于pxi总线时序，将pxi总线控制信号(即耦合方式控制信号、放大量程控制信号)转化为本地控制信号，配置芯片用于fpga芯片初始配置信息的保存，pxi接口连接器用于和pxi背板连接，完成pxi控制器和该装置的通信控制。工作时，pxi控制器发出的耦合方式控制信号、放大量程控制信号，通过pxi背板传输给pxi总线接口电路；pxi总线接口电路解析出i/o控制信号(耦合方式控制信号、放大量程控制信号，可根据实际情况设置成相应的i/o控制信号)，并经由fpga芯片转化为本地耦合方式控制信号、本地放大量程控制信号(为适应于输入耦合切换电路、量程切换电路的工作，上述控制信号可以描述为输入耦合和量程切换i/o控制信号)。在基于pxi总线的高压放大器装置的实际工作中，考虑到输入耦合切换电路、量程切换电路可利用继电器实现切换过程，而不同的继电器对驱动信号的要求不尽相同，因此，如果直接将pxi总线接口电路输出的控制信号作用于输入耦合切换电路、量程切换电路，可能存在无法满足输入耦合切换电路、量程切换电路工作要求的情况。因此，优选地，可增加i/o隔离与驱动电路，用于接收所述本地耦合方式控制信号及所述本地放大量程控制信号，经隔离、驱动处理后，得到所述输入耦合切换电路的驱动信号，以及所述量程切换电路的驱动信号；本实施例还给出了i/o隔离与驱动电路的优选方案，结构框图如图2所示，i/o隔离与驱动电路包括第一i/o隔离电路、第二i/o隔离电路、i/o锁存器电路、i/o驱动电路；其中，由所述第一i/o隔离电路接收所述本地耦合方式控制信号，经隔离处理后发送至所述i/o锁存器电路锁存，并经所述i/o驱动电路驱动后生成所述输入耦合切换电路的驱动信号；由所述第二i/o隔离电路接收所述本地放大量程控制信号，经隔离处理后发送至所述i/o锁存器电路锁存，并经所述i/o驱动电路驱动后生成所述量程切换电路的驱动信号。作为本发明的一个具体实施例，其中i/o隔离电路选用两片数字隔离器芯片adum1400，i/o锁存器电路选用8通道三态输出锁存器芯片74hc573，i/o驱动电路选用8通道达林顿驱动芯片uln2803apg。具体地，8路i/o信号(以io1～io8表示)代表的具体控制信息如表1所示：表1i/o隔离与驱动电路的8路i/o信号表示的控制信息i/o信号名称控制信息io1锁存器芯片锁存使能控制io2锁存器芯片输出使能控制io3直流耦合方式控制io4交流耦合方式控制io51倍放大器接入控制io65倍放大器接入控制io750倍放大器接入控制io8未使用从fpga输出的控制信号到输出端驱动信号逻辑状态如表2所示：表2fpga输出的控制信号到输出端驱动信号逻辑状态为减小电路中直流偏置对交流信号放大的影响，设置了如图3所示的输入耦合切换电路结构图；输入耦合切换电路包括：双刀双掷继电器、rc滤波电路；其中，所述继电器的线圈，一端用于连接电源正或电源负，另一端用于连接所述输入耦合切换电路的驱动信号；所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于接收所述基准电压、第二活动触点作为信号耦合后的输出电压；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点直接连接，形成直流耦合通道；所述双刀双掷继电器的第一常开触点与第二常开触点之间连接有rc滤波电路，形成交流耦合通道(rc滤波电路的形式可以如图3所示，在双刀双掷继电器的第一常开触点与第二常开触点之间连接电容c1，在第一常开触点与地之间连接电阻r2)；当所述驱动信号使得所述继电器线圈不吸合时，所述输入耦合切换电路工作于直流耦合方式；当所述驱动信号使得所述继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于交流耦合方式。当继电器线圈的正极与电源正相连时，则继电器线圈的负极接收的输入耦合切换电路的驱动信号为低电平信号时，继电器线圈吸合；当继电器线圈的负极与电源负相连时，则继电器线圈的正极接收的输入耦合切换电路的驱动信号为高电平信号时，继电器线圈吸合。具体的电路连接方式需要与驱动信号相适配，本领域技术人员可根据实际情况选择具体的电路形式。同时，为便于技术人员更加直观地了解到驱动信号的变化，还可以在继电器两端并联由电阻r1和发光二极管组成的串联电路。当继电器吸合时发光二极管发光，继电器未吸合时发光二极管熄灭，由此实现发光二极管的指示功能。作为本发明的一个具体实施例，耦合方式切换电路选用宏发hfd4/5双刀双掷信号继电器，最高切换电压300v，一路用于直流信号耦合输入，另一路用于交流信号耦合输入。直流信号耦合电路为直通方式进入后级电路，交流信号耦合电路为典型的高通滤波器，其中电容选用100μf电容，电阻选用10kω精密金属箔电阻。耦合方式指示电路为电阻串联发光二极管并联在信号继电器控制端，当输入耦合切换电路如图3所示时，发光二极管熄灭为直流耦合方式，发光二极管点亮为交流耦合方式。在实际工作中，也可以将输入耦合切换电路分为：控制直流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路(如图4a)所示、控制交流耦合通路断开或导通的输入耦合切换电路(如图4b)所示；与图3中输入耦合切换电路不同的是，对于直流耦合方式对应的输入耦合切换电路，所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点悬空不接，第一常开触点与第二常开触点之间直接连接，形成直流耦合通道；对于交流耦合方式对应的输入耦合切换电路，所述双刀双掷继电器的第一常闭触点与第二常闭触点悬空不接，第一常开触点与第二常开触点之间连接有rc滤波电路，形成交流耦合通道；当所述驱动信号使得所述直流耦合方式继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于直流耦合方式；当所述驱动信号使得所述交流耦合方式继电器线圈吸合时，所述输入耦合切换电路工作于交流耦合方式。此时设置的耦合方式指示电路中，发光二极管熄灭为耦合电路断开状态，信号无法进入后级电路，发光二极管点亮为直流耦合方式或交流耦合方式，输入信号可以通过其中一种耦合方式进入后级电路。图5为本发明实施例中量程切换电路结构图；所述量程切换电路包含多个不同放大量程的切换电路，每个放大量程的切换电路均包括：双刀双掷继电器；其中，所述继电器的线圈，一端用于连接电源正或电源负，另一端用于连接适配于当前放大量程切换电路的驱动信号；所述双刀双掷继电器的第一活动触点用于连接适配于当前放大量程切换电路的放大器信号输入端、第二活动触点用于连接适配于当前放大量程切换电路的放大器信号输出端；所述双刀双掷继电器的第一常闭触点接地、第二常闭触点悬空不接。所述双刀双掷继电器的第一常开触点用于连接所述信号耦合后的输出电压，所述第二常开触点与所述信号输入输出连接器中的输出端口相连，用于输出所述当前放大量程切换电路的放大后的信号；当所述适配于当前放大量程切换电路的驱动信号使得所述继电器线圈吸合时，利用所述当前放大量程切换电路进行放大。同样地，在放大量程的切换电路中，当继电器线圈的正极与电源正相连时，则继电器线圈的负极接收的放大量程切换电路的驱动信号为低电平信号时，继电器线圈吸合；当继电器线圈的负极与电源负相连时，则继电器线圈的正极接收的放大量程切换电路的驱动信号为高电平信号时，继电器线圈吸合。具体的电路连接方式需要与驱动信号相适配，本领域技术人员可根据实际情况选择具体的电路形式。同时，为便于技术人员更加直观地了解到驱动信号的变化，还可以在继电器两端并联由电阻r1和发光二极管组成的串联电路。当继电器吸合时发光二极管发光，继电器未吸合时发光二极管熄灭，由此实现发光二极管的指示功能。示例性地，量程切换电路可实现1倍、5倍、50倍三路放大切换功能，图6a)示出了1倍放大器电路结构图；图6b)示出了5倍/50倍放大器电路结构图，用于与量程切换电路配合，实现所述基准电压的放大调整。进一步地，放大器组电路包括1倍/5倍/50倍三个放大器及外围电阻电容电路、输入保护电路等，其中放大器外围电阻使用0.05％准确度的精密金属箔电阻，整个放大器组电路完成不同幅度信号的放大输出。作为本发明的一个具体实施例，1倍放大器选用icl7650低压高精度运算放大器，设计为正向跟随器，使用正负5v供电，通过程序控制3v以下交直流信号经过此放大器得到；5倍和50倍放大器均选用pa95高压运算放大器，设计为正向放大结构，分别使用正负60v、正负350v供电，通过程序控制经过5倍放大器得到3v～30v之间交直流信号，经过50倍放大器得到30v～300v之间交直流信号。进一步地，放大电路电源模块为多路直流电压输出模块，用于基于pxi总线的高压放大器装置中放大器的供电。作为本发明的一个具体实施例，放大电路电源模块为线性电源模块，包括正负5v、正负50v、正负350v六路电源输出端，与放大器电路的供电连接器连接，为其正常工作供电。为了保证放大电路的准确性，根据需要得到的信号幅度，使用三个独立放大器对不同幅度的信号进行放大处理，同时搭配三组量程切换电路。作为本发明的一个具体实施例，量程切换和指示电路使用与输入耦合切换和指示电路相同的电路结构，即最高切换电压达300v的双刀双掷信号继电器及电阻串联发光二极管并联在信号继电器控制端的方式，发光二极管熄灭为放大器断开状态，无法进行信号放大，发光二极管点亮为放大器接通状态，可以进行信号放大处理。优选地，所述基准电压与所述耦合方式控制信号相匹配；当所述耦合方式控制信号为直流耦合时，所述基准电压为直流电压；当所述耦合方式控制信号为交流耦合时，所述基准电压为交流电压。所述基准电压、所述耦合方式控制信号、所述放大量程控制信号，由pxi控制器处理目标电压得到。示例性地，本实施例还给出了pxi控制器的一种具体工作方式：当输入目标电压为直流电压时，此时的输入耦合方式为直流耦合；并根据目标电压值的绝对值大小判断输出电压量程范围，若所述目标电压满足1≤u≤3(单位v)，则所述放大量程控制信号为选择1倍放大，此时的基准电压为所述目标电压；若所述目标电压满足3＜u≤30，则所述放大量程控制信号为选择5倍放大，此时的基准电压为所述目标电压除以5所得的值；若所述目标电压满足30＜u≤300，则所述放大量程控制信号为选择50倍放，此时的基准电压为所述目标电压除以50所得的值。当输入目标电压为交流电压(该电压值为有效值)，此时的输入耦合方式为交流耦合。并根据目标电压值大小判断输出电压量程范围，若所述目标电压满足1≤u≤3，则所述放大量程控制信号为选择1倍放大器，此时所述基准电压为所述目标电压(频率与交流电压频率相同)；若所述目标电压满足3＜u≤30，则所述放大量程控制信号为选择5倍放大器，此时基准电压为所述目标电压除以5所得的值(频率与交流电压频率相同)；若所述目标电压满足30＜u≤220，则所述放大量程控制信号选择50倍放大器，此时基准电压为所述目标电压除以50所得的值(频率与交流电压频率相同)。在实际应用过程中，可以通过pxi模拟量输出模块输出基准电压，同时，需要说明的是，为保证实际输出电压的精度，pxi模拟量输出模块以10倍于目标电压频率的采样率工作。本发明的另一实施例，提供了一种基于pxi总线的高压放大器装置的工作方法，流程图如图7所示，所述方法包括以下步骤：步骤s1：由pxi总线接口电路接收耦合方式控制信号、放大量程控制信号，并将所述耦合方式控制信号转化为本地耦合方式控制信号，将所述放大量程控制信号转化为本地放大量程控制信号；步骤s2：输入耦合切换电路基于所述本地耦合方式控制信号，实现直流耦合和交流耦合之间的切换耦合；步骤s3：量程切换电路基于所述本地放大量程控制信号，实现不同倍数放大电路的切换放大；步骤s4：通过信号输入输出连接器接收基准电压，所述基准电压依次经过所述输入耦合切换电路、所述量程切换电路，处理得到放大后的电压。上述方法实施例和装置实施例，基于相同的原理，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12