專利名稱：微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種動態(tài)微弱信號采集處理器，更具體的說，涉及動態(tài)微弱信號的程控 放大采集處理器，涉及抬壓數(shù)可調(diào)的抬壓電路，涉及用于信號高速采集、處理分析和控制的 DSP芯片，涉及信號傳輸?shù)腢SB接口，用于頻帶寬、振幅變化范圍大的微弱電壓信號的釆集、 處理分析與傳輸。適用于機(jī)械設(shè)備振動、噪聲分析、狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的多路實(shí)時(shí)高速信 號采集處理傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微弱信號采集處理技術(shù)是以一定的頻率采集來自傳感器的微弱信號的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于
國防、航空航天、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、遙感、通信及工業(yè)監(jiān)控等諸多領(lǐng)域?，F(xiàn)有的微弱信號采集處理 器存在著不能根據(jù)信號的振幅進(jìn)行程控放大、信號分辨率低、采樣速率低、支持信號種類單 一、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，多用于工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著國防、航天航空技術(shù)、通信的飛速發(fā)展， 對微弱信號采集處理器提出了更高的要求，例如，更高的采用速率，更多信號類型的支持以 及更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性能。上述要求是現(xiàn)有的微弱信號采集器不能滿足的。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)中的不足，提供一種能根據(jù)輸入信號振幅自動調(diào)整 放大器增益的自適應(yīng)地放大、釆集、處理分析和實(shí)時(shí)傳輸?shù)牟杉幚砥?，適用于多路或單路 信號的采集處理傳輸?shù)南到y(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的-
一種微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器，其特征在于，包括四路獨(dú)立預(yù)處理電路，DSP 處理模塊，接口邏輯電路，其中每一路獨(dú)立預(yù)處理電路包括與傳感器相連的前置放大器，程 控放大器，抗混疊濾波單元，電壓抬升電路，保護(hù)電路五部分；所述前置放大器，程控放大 器，抗混疊濾波單元，電壓抬升電路，保護(hù)電路依次相連，所述DSP處理模塊的輸入端分別 連于每一路獨(dú)立預(yù)處理電路的保護(hù)電路，DSP處理模塊的輸出分別與每一路獨(dú)立預(yù)處理電路 的程控放大器相連，DSP處理模塊還通過接口邏輯電路與PC機(jī)雙向相連。
本微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器具有采集速度高、準(zhǔn)確度高、適應(yīng)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性 等特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器方框圖。 圖2為一路獨(dú)立預(yù)處理電路實(shí)施原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型詳細(xì)說明。
參照附圖1，本實(shí)例包括低噪聲、低漂移前置放大器，自適應(yīng)程控放大器，—寬混源濾波器，
的信號向PC機(jī)傳輸?shù)男酒敖涌?，所述這些部分順次連接。圖2，為一路信號采集預(yù)處理通 道，有低噪聲、低漂移前置放大器AD620，芯片AD620的5腳接地，1、 8腳之間接一個(gè)用來 調(diào)節(jié)AD620的放大倍數(shù)的電阻，本實(shí)例接的是一個(gè)0.5KQ的電阻，6腳通過一個(gè)電阻與程控 放大器相連。差模輸入時(shí)，2、 3腳分別接兩路輸入信號；單端輸入時(shí)，2腳接輸入信號，3 通過一個(gè)電阻腳接地。
自適應(yīng)程控放大器由D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832、放大器LM357和一個(gè)外接電阻組成，DAC0832 的參考電壓端8接AD620的輸出信號，1、 19腳接DSP的片選與使能信號腳，2、 3、 17、 18 腳接模擬地，IO腳接數(shù)字地，D0 D7腳接DSP的增益控制信號腳，11、 12腳分別與LM357的 正負(fù)輸入引腳相連，LM357的輸出腳6接低通濾波單元，而且分別經(jīng)一個(gè)5K電阻接到負(fù)輸入 腳2,接一個(gè)2540K電阻接到DAC0832的9腳。
低通濾波單元采用多重反饋型2階巴特沃斯濾波器，其特性是在通過區(qū)內(nèi)輸出特別平坦， 衰減區(qū)斜率大，后經(jīng)一個(gè)相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)接到電壓抬升電路，電壓抬升電路把輸出信號統(tǒng)一抬 升1. 5V，使經(jīng)抬升后的輸出電壓在0 3V之間，后經(jīng)一個(gè)輸入保護(hù)電路接到DSP芯片的ADCINAX 腳。
每一路信號預(yù)處理通道都是一類似的，不同的只是每一路的片選、使能和輸入DSP芯片
的引腳不同，第l路的片選信號是-CSl，使能信號是ILE1，輸入引腳是ADCINAO;第2
路的片選信號是-CS2,使能信號是ILE2，輸入引腳是ADCINA1;第3路的片選信號是 -CS3，使能信號是ILE3，輸入引腳是ADCINA2;第4路的片選信號是-CS4，使能信號是 ILE4，輸入引腳是ADCINA3。
DSP芯片經(jīng)-CSX、 ILEX和D0 D7腳與DAC0832連接，經(jīng)過SCITXDA和SCITXDB接到 PDIUSBD12芯片上，經(jīng)PDIUSBD12轉(zhuǎn)換后接到USB 口 。
本微信號采集處理器具有如下特點(diǎn)
1. 前端放大器具有極高的交流共模抑制比，且隨著增益的增大而增大；可以雙端輸入， 也可以單端輸入；單端輸入時(shí)，把正輸入管腳3接地，輸入信號的頻率為2KHz;
2. 二級放大器具有程控放大的作用，可以根據(jù)輸入信號振幅的大小自適應(yīng)的選擇增益的 大小，使輸出信號始終保持在1 3V之內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)增益1， 2， 4， 8， 16， 32， 64, 128， 255;
3. 程控放大器是由DAC0832芯片、LM357芯片和一個(gè)外加阻值為2540KQ電阻構(gòu)成；
4. 每路程控放大器的增益可以不同，每路信號的選擇和增益控制信號直接來自DSP芯片， 提高了采集控制的速度和準(zhǔn)確度；
5. 每路程控放大器是根據(jù)被采信號的振幅而不是幅值來調(diào)節(jié)增益，避免了頻繁地調(diào)節(jié)放 大器的增益情況，提高了采集的準(zhǔn)確度和速度；
6. 實(shí)用多重反饋型2階巴特沃斯濾波器，濾除高頻干擾噪聲；
7. 應(yīng)用一塊DSP2812芯片可以同時(shí)對4路信號進(jìn)行采集和處理，可以滿足多路數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的要求；
8. 經(jīng)USB 口直接向上位PC機(jī)傳輸處理后信號，可以方便用戶的觀察；
9. 最大放大倍數(shù)可達(dá)255000倍，并可以根據(jù)需要自動的調(diào)節(jié)放大倍數(shù)；本卡采用最大 放大倍數(shù)為25500，可以實(shí)現(xiàn)把4uV 10mV的電壓信號放大到廣3V，分辨率可達(dá)100nV級。
本動態(tài)微弱信號采集處理系統(tǒng)主要是針對機(jī)械振動信號的采集而設(shè)計(jì)的，適用于位移、 速度和加速度傳感器的輸出信號。經(jīng)過稍加調(diào)整，還可以應(yīng)用于生物信號、地震信號等的放 大、采集，和處理分析上。
權(quán)利要求1.一種微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器，其特征在于，包括四路獨(dú)立預(yù)處理電路，DSP處理模塊，接口邏輯電路，其中每一路獨(dú)立預(yù)處理電路包括與傳感器相連的前置放大器，程控放大器，抗混疊濾波單元，電壓抬升電路，保護(hù)電路五部分；所述前置放大器，程控放大器，抗混疊濾波單元，電壓抬升電路，保護(hù)電路依次相連，所述DSP處理模塊的輸入端分別連于每一路獨(dú)立預(yù)處理電路的保護(hù)電路，DSP處理模塊的輸出分別與每一路獨(dú)立預(yù)處理電路的程控放大器相連，DSP處理模塊還通過接口邏輯電路與PC機(jī)雙向相連。
專利摘要一種微弱信號動態(tài)自適應(yīng)信號采集處理器，屬動態(tài)微弱信號采集處理器。該采集處理器包括四路獨(dú)立預(yù)處理電路，DSP處理模塊，接口邏輯電路。其中四路獨(dú)立預(yù)處理電路的每一路包括前置放大器、程控放大電路、抗混疊濾波單元、電壓抬升電路及保護(hù)電路。本實(shí)用新型由于具有程控放大環(huán)節(jié)，可以采集多路幅值范圍很寬的微弱信號，實(shí)現(xiàn)信號放大倍數(shù)的自動調(diào)節(jié)，有效避免了在信號采集中放大倍數(shù)不足和飽和的情況。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號從DSP到PC機(jī)實(shí)時(shí)傳輸。
文檔編號G01D5/12GK201177508SQ20082003425
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者李永建, 李舜酩 申請人:南京航空航天大學(xué)