一种模拟信号温度补偿方法与流程

本发明属于模数转换技术领域，具体涉及一种模拟信号的温度补偿方法。

背景技术：

模数转换在航空、航天、工业控制等多种场合有着广泛的应用，模拟器件性能指标会随着温度的变化而变化，在需要高精度模数转换的场合中，通常需要进行温度补偿。

随着电子技术的发展，模数转换芯片的分辨率、失调电压、增益、积分非线性等技术指标有了很大进步。在同一个温度点下，输入输出基本呈线性规律，可表示为v＝kx+b。芯片技术指标的提高使得不同温度下b值变化很小，在很多场合，b值的温度变化相比测量精度可以忽略。在这种情况下，模数转换结果的温度变化主要是由k的温度变化导致的。传统的温度补偿办法是在不同温度下进行测试，得到多组标定温度与测试数据，以此为基础进行查表或多点拟合进行温度补偿，补偿方法比较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟信号温度补偿方法，其标定效率较高。

本发明的技术方案如下：

一种模拟信号温度补偿方法，该方法包括如下步骤：

1)建立温度模型

给定固定输入值进行变温测试，建立温度模型，得到输入值相对温度变化曲线；

2)选择标定温度点；

3)进行标定试验；

得到每一个标定温度点下多组输入、输出数据，利用这些数据进行线性拟合，得到每一个标定温度点下的拟合公式，公式形式均为v＝kx+b；

4)计算最终的拟合公式

v＝kfx+bf

其中，kf利用每个温度点下k值和温度值进行最小二乘拟合得到、bf为每个标定温度点下b值的均值。

所述的步骤1)中假定模拟量测量范围为[vmin，vmax]，工作温度区间为[ta，tb]，给样品固定输入值为固定电压，固定输入值可选择vmax或(vmin+vmax)/2，进行t1至t2温度下变温测试，得出输入值相对温度的变化的二次曲线。

电压测量范围为[0.4v,0.8v]，输入固定电压选择为0.8v，工作温度区间为[-45℃,80℃]。

所述的步骤2)中：

当固定输入值相对温度呈现出线性变化规律，标定温度点选择为2个，分别为最低温和最高温；

当固定输入值相对温度呈现出二次变化规律，标定温度点选择为3个，分别为最低温、拐点温度和最高温。

所述的步骤3)中：设标定温度点为3个时，在这3个温度下进行标定试验，得到3个温度点下的输出拟合公式，分别为v1＝k1x+b1、v2＝k2x+b2和v3＝k3x+b3。

所述的步骤4)中：

利用(k1，t1)、(k2，t2)、(k3，t3)进行最小二乘拟合得到kf＝kat²+kbt+kc；

其中，t1、t2、t3分别为三个标定温度点温度值；

bf＝(b1+b2+b3)/3；

得到最终的拟合公式v＝kfx+bf。

所述的步骤1)中，将样品放置在高低温试验箱中，放置位置需确保样品充分暴露在环境中。

本发明的显著效果在于：

首先进行全温范围测试得到具体模数转换电路的温度模型，根据温度模型确定选几个标定温度点以及每个标定温度点的具体温度，随后在每个温度点进行线性拟合，对每个温度点下线性拟合公式的b值求均值得到最终值，将k值与温度进行最小二乘拟合得到最终值。

该方法相比传统的温度补偿方法具有原理清晰、操作简单等优点，可以大大提高标定效率。

附图说明

图1为某电路模拟量采集结果相对温度的变化关系。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

第一步：建立温度模型

首先给定固定输入值进行变温测试，建立温度模型。

将样品放置在高低温试验箱中，放置位置需确保样品充分暴露在环境中，假定模拟量测量范围为[vmin，vmax]，工作温度区间为[ta，tb]，给样品输入固定电压，固定输入值可选择vmax或(vmin+vmax)/2，进行t1至t2温度下变温测试，温变速率不能太快(通常可设置为1℃/min)，试验完成后做出样品模拟量采集结果相对温度的图形，该图形即为样品模数转换的温度模型。

图1为某电路模拟量采集结果相对温度的变化关系图形。该产品模拟量测量范围为[0.4v,0.8v]，输入固定电压选择为0.8v，工作温度区间为[-45℃,80℃]。从图1可以看出模拟量采集结果相对温度的变化关系是一个二次曲线。

第二步：选择标定温度点

根据第一步得到的模拟量采集结果相对温度的变化关系选择标定温度点。

当模拟量采集结果相对温度呈现出线性变化规律，标定温度点选择为2个(分别为最低温和最高温)；当模拟量采集结果相对温度呈现出二次变化规律，标定温度点选择为3个(分别为最低温、拐点温度和最高温)；标定温度点的选择依此类推。

图1中模拟量采集结果相对温度呈现出二次变化规律，标定温度点选择为3个，分别为-45℃(最低温)、30℃(二次曲线拐点处温度)和80℃(最高温)。

第三步：进行标定试验

根据第二步确定的温度点，进行标定试验。

得到每一个温度点下多组输入、输出数据，利用这些数据进行线性拟合，得到每一个温度点下的拟合公式，公式形式均为v＝kx+b。

第二步示例中标定温度点选择为-45℃、30℃和80℃，标定试验在这3个温度下进行，得到3个温度点下的公式，分别为v1＝k1x+b1、v2＝k2x+b2和v3＝k3x+b3。

第四步：计算最终的拟合公式

在第三步时得到了所有标定温度点下的线性拟合公式。最终拟合公式形式依然为v＝kx+b，该公式的k值利用每个温度点下k值和温度值进行最小二乘拟合得到，该公式的b值为每个温度点下b值的均值。

以第三步示例继续进行说明，计算bf＝(b1+b2+b3)/3。再利用(k1，t1)、(k2，t2)、(k3，t3)进行最小二乘拟合得到kf＝kat²+kbt+kc，得到最终的拟合公式v＝kfx+bf。

技术特征：

1.一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)建立温度模型

给定固定输入值进行变温测试，建立温度模型，得到输入值相对温度变化曲线；

2)选择标定温度点；

3)进行标定试验；

得到每一个标定温度点下多组输入、输出数据，利用这些数据进行线性拟合，得到每一个标定温度点下的拟合公式，公式形式均为v＝kx+b；

4)计算最终的拟合公式

v＝kfx+bf

其中，kf利用每个温度点下k值和温度值进行最小二乘拟合得到、bf为每个标定温度点下b值的均值。

2.如权利要求1所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤1)中假定模拟量测量范围为[vmin，vmax]，工作温度区间为[ta，tb]，给样品固定输入值为固定电压，固定输入值可选择vmax或(vmin+vmax)/2，进行t1至t2温度下变温测试，得出输入值相对温度的变化的二次曲线。

3.如权利要求2所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于：电压测量范围为[0.4v,0.8v]，输入固定电压选择为0.8v，工作温度区间为[-45℃,80℃]。

4.如权利要求2所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤2)中：

当固定输入值相对温度呈现出线性变化规律，标定温度点选择为2个，分别为最低温和最高温；

当固定输入值相对温度呈现出二次变化规律，标定温度点选择为3个，分别为最低温、拐点温度和最高温。

5.如权利要求4所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤3)中：设标定温度点为3个时，在这3个温度下进行标定试验，得到3个温度点下的输出拟合公式，分别为v1＝k1x+b1、v2＝k2x+b2和v3＝k3x+b3。

6.如权利要求5所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤4)中：

利用(k1，t1)、(k2，t2)、(k3，t3)进行最小二乘拟合得到kf＝kat²+kbt+kc；

其中，t1、t2、t3分别为三个标定温度点温度值；

bf＝(b1+b2+b3)/3；

得到最终的拟合公式v＝kfx+bf。

7.如权利要求4所述的一种模拟信号温度补偿方法，其特征在于，所述的步骤1)中，将样品放置在高低温试验箱中，放置位置需确保样品充分暴露在环境中。

技术总结
本发明属于模数转换技术领域，具体涉及一种模拟信号温度补偿方法。首先给定固定输入值进行变温测试，建立温度模型，得到输入值相对温度变化曲线，确定标定温度点后对每一个标定温度点下多组输入、输出数据，利用这些数据进行线性拟合，得到每一个标定温度点下的拟合公式，利用每个温度点下k值和温度值进行最小二乘拟合得到最终系数值，同时将每个标定温度点下b值的均值最为b的最终值。该方法相比传统的温度补偿方法具有原理清晰、操作简单等优点，可以大大提高标定效率。

技术研发人员：袁寰;赵振涌;王宁;储昭华;钟锋;宋舒雯
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：2018.11.01
技术公布日：2020.05.08