一種多通道信號調理板的制作方法
【專利摘要】一種多通道信號調理板，至少包括I/V信號轉換器件、差分運算放大器、增益調節(jié)電路、線性隔離模塊、低通濾波電路、電源轉換模塊、電壓輸出控制電路、電流輸出控制電路；所述I/V信號轉換器件與差分運算放大器連接；所述差分運算放大器與線性隔離模塊直接設置有增益調節(jié)電路；所述線性隔離模塊、低通濾波電路與電壓輸出控制電路、電流輸出控制電路連接；所述線性隔離模塊與低通濾波電路連接后還與電源轉換模塊連接；本發(fā)明采用印制電路板集成設計，每塊板卡集成了8個相互獨立及隔離的調理單元。每個獨立調理通道均繼承了多數(shù)信號調理模塊的功能，具有信號調理功能齊全、輸入輸出隔離、轉換精度高及高阻抗差分輸入等較多優(yōu)點。
【專利說明】一種多通道信號調理板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量、測試應用【技術領域】，尤其是一種多通道信號調理板。
【背景技術】
[0002]自動化測試系統(tǒng)一般要涉及電壓、電流的測試測量技術，此類被測量通常需要經過濾波、隔離、線性處理、放大或衰減等調理后才能適合數(shù)據(jù)采集卡、測量儀表的測試測量。目前測試測量領域主要采用信號調理端子板及信號調理模塊等貨架產品完成此類被測信號的調理，但分別存在如下不足:
1)信號調理端子板一般設計成多通道的通用型調理電路，用戶需二次焊接合適的電阻、電容來完成信號調理，僅具有信號衰減功能且常為堆疊安裝方式，還無法實現(xiàn)被測量及測試設備的隔離；
2)信號調理模塊的調理性能較好，通常采用標準DIN導軌安裝及螺釘接線端子接線方式，使用較普遍，但單通道的價格貴、體積大，且輸入輸出通道常見為lCh、2Ch及4Ch，而SCh需采用多個模塊組合方式，此類隔離調理模塊常用于環(huán)境惡劣及通道要求少的場合，對需求較多通道測試時，采用此類調理模塊則占用體積較大，成本高；
3)上述兩種調理卡的安裝形式均無法滿足工業(yè)控制計算機箱(如常見的4U插卡式機箱)，需要配置專用轉接控制盒，導致信號調理與數(shù)據(jù)采集功能無法集成在同一機箱內。
【發(fā)明內容】
[0003]現(xiàn)有技術不能滿足人們的需要，為彌補現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明旨在提供一種多通道信號調理板。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種多通道信號調理板，至少包括Ι/v信號轉換器件、差分運算放大器、增益調節(jié)電路、線性隔離模塊、低通濾波電路、電源轉換模塊、電壓輸出控制電路、電流輸出控制電路；所述Ι/v信號轉換器件與差分運算放大器連接；所述差分運算放大器與線性隔離模塊直接設置有增益調節(jié)電路；所述線性隔離模塊、低通濾波電路與電壓輸出控制電路、電流輸出控制電路連接；所述線性隔離模塊與低通濾波電路連接后還與電源轉換模塊連接。
[0005]作為本發(fā)明的進一步技術方案:它采用印制電路板集成設計，集成了 8個相互獨立的調理單元，其外形尺寸為300mm(L) X132mm(W)，板卡長度小于4U工控機可安裝的最大尺寸板卡(如CPU板)；所述調理板卡具有兩種安裝固定方式，通過采用PCI及PCLD兩種工業(yè)板的安裝架構，可實現(xiàn)工業(yè)控制計算機PCI槽安裝及控制盒螺柱層疊安裝兩種方式，其中底部仿PCI卡槽及固定耳片用于滿足4U高工業(yè)控制機箱安裝需求，周圍四個Φ4πιπι的安裝孔用于在控制盒螺柱層疊安裝；具有兩種輸入輸出接線方式，確保滿足不同安裝方式下的內外部接線需求，其中JDBl (DB25孔)及JDB2(DB9孔)兩個印制電路板插座主要用于對外的輸入、輸出信號接線，JDINlO及JDIN20兩個插排則主要用于對內的輸入、輸出信號接線； 調理板卡不直接從PCI插槽取電，每通道均設計了 DC/DC隔離電源，可實現(xiàn)輸入信號、輸出信號及電源三端相互隔離及通道間隔離，隔離電壓不小于lOOOVdc，在確保測試精度的前提下還可避免被測件與測試設備互不損害；
調理板卡設計有組合式增益調節(jié)機構，可實現(xiàn)對電壓信號從0.05?1000倍按1、2、5步進的增益設置，既滿足大電壓信號的衰減采集，又能夠實現(xiàn)微小信號的放大調理后遠距離傳輸需求；
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用印制電路板集成設計，每塊板卡集成了 8個相互獨立及隔離的調理單元。每個獨立調理通道均繼承了多數(shù)信號調理模塊的功能，具有信號調理功能齊全、輸入輸出隔離、轉換精度高及高阻抗差分輸入等較多優(yōu)點，其單通道研制成本及占用系統(tǒng)空間居于信號調理端子板及信號調理模塊之間，但調理性能接近于信號調理模塊。采用工業(yè)控制PCI及PCLD兩種常見工業(yè)板卡的安裝架構方式，且具有雙輸入輸出接口形式，可確保調理板卡的安裝、使用方式靈活，滿足不同測試場合的信號調理需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的多通道信號調理板單通道原理圖；
其中:1、I/V信號轉換器件，2、差分運算放大器，3、增益調節(jié)電路，4、線性隔離模塊，5、低通濾波電路，6/7、電源轉換模塊，8、電壓輸出控制電路，9、電流輸出控制電路。
【具體實施方式】
[0007]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0008]請參閱圖1，本發(fā)明實施例中，一種多通道信號調理板，至少包括I/V信號轉換器件1、差分運算放大器2、增益調節(jié)電路3、線性隔離模塊4、低通濾波電路5、電源轉換模塊6/7、電壓輸出控制電路8、電流輸出控制電路9 ;所述I/V信號轉換器件I與差分運算放大器2連接；所述差分運算放大器2與線性隔離模塊4直接設置有增益調節(jié)電路3 ;所述線性隔離模塊4、低通濾波電路5與電壓輸出控制電路8、電流輸出控制電路9連接；所述線性隔離模塊4與低通濾波電路5連接后還與電源轉換模塊6/7連接。
[0009]作為本發(fā)明的進一步技術方案:它采用印制電路板集成設計，集成了 8個相互獨立的調理單元，其外形尺寸為300mm(L) X132mm(W)，板卡長度小于4U工控機可安裝的最大尺寸板卡(如CPU板);
所述調理板卡具有兩種安裝固定方式，通過采用PCI及PCLD兩種工業(yè)板的安裝架構，可實現(xiàn)工業(yè)控制計算機PCI槽安裝及控制盒螺柱層疊安裝兩種方式，其中底部仿PCI卡槽及固定耳片用于滿足4U高工業(yè)控制機箱安裝需求，周圍四個Φ4πιπι的安裝孔用于在控制盒螺柱層疊安裝；具有兩種輸入輸出接線方式，確保滿足不同安裝方式下的內外部接線需求，其中JDB1(DB25孔)及JDB2(DB9孔)兩個印制電路板插座主要用于對外的輸入、輸出信號接線，JDINlO及JDIN20兩個插排則主要用于對內的輸入、輸出信號接線； 調理板卡不直接從PCI插槽取電，每通道均設計了 DC/DC隔離電源，可實現(xiàn)輸入信號、輸出信號及電源三端相互隔離及通道間隔離，隔離電壓不小于lOOOVdc，在確保測試精度的前提下還可避免被測件與測試設備互不損害；
調理板卡設計有組合式增益調節(jié)機構，可實現(xiàn)對電壓信號從0.05?1000倍按1、2、5步進的增益設置，既滿足大電壓信號的衰減采集，又能夠實現(xiàn)微小信號的放大調理后遠距離傳輸需求。
[0010]本發(fā)明的各個部件功能原理為:
1)I/V信號轉換器件，主要用于將電流信號轉換成差分運算放大器能夠接收的電壓信號;
2)差分運算放大器，一般為低功耗高精度通用型儀表放大器，具有差分輸入及高抗共模抑制比等特點；
3)增益調節(jié)電路，包括電阻及切換開關，用于為差分運算放大器提供增益調節(jié)功能；
4)線性隔離模塊，主要用于將輸入信號與輸出信號進行隔離，需具有隔離轉換速率及隔離電壓高的特點；
5)低通濾波電路，主要由電容及電阻器件組成，可根據(jù)需要配置合適的低通濾波值；
6)電源轉換模塊，一般為DC/DC電源模塊,具有輸入、輸出及供電隔離的功能；
7)電壓輸出控制電路，主要由雙運算放大器、電阻及電容等元器件組成；
8)電流輸出控制電路，用于輸出O?20mA電流信號。
[0011]本發(fā)明在實施時:設計時按各功能部件的需求選取相應的元器件，并通過印制電路板集成8Ch相互獨立及隔離的調理單元、兩種輸入及輸出連接插座，具體實施如下:
1)選取249Ω精密電阻(0.1%)接入差分運算放大器的輸入端，即可構建I/V信號轉換器件；
2)差分運算放大器為本調理板的重要部件之一，完成對輸入信號進行差分輸入及線性放大，可選取INA118型低功耗高精度通用型儀表放大器，需配置相應外圍電路，主要由電容及電阻形成，其特點是:差分輸入，抗共模抑制比高，輸入保護±40V，輸入電源:±1.35?±18V,適用于寬輸入范圍,適用于橋路、熱電偶及傳感器等放大；
3)增益調節(jié)電路主要由精密電阻及微型撥碼開關組成，根據(jù)輸入輸出信號控制需求，此次設計有SW1、SW2、Sff3, SW4及SW5共5個撥碼開關，分別為:SW1為輸出量程切換開關，SW2為輸入量程切換開關，Sff3, Sff4, SW5用于超過1V的電壓信號輸入切換開關；
4)線性隔離模塊為本調理板的重要部件之一，需要兩組隔離供電輸入，完成對輸入、輸出信號的安全隔離，可選取IS0122JP型16DIP封裝集成電路，其特點為:轉換速率2V/μ s，-3dB帶寬:50KHz，電壓輸入偏移20mV，供電電流5mA，±4.5V?18V ；
5)低通濾波電路主要由電容及電阻器件組成；
6)電源轉換模塊主要用于調理板的內部有源器件的供電轉換，其中電源轉換模塊6主要用于輸入電路的有源器件(如運算放大器及隔離器輸入端)的供電，電源轉換模塊7主要用于輸出電路的有源器件(如運算放大器及隔離器輸出端)的供電，此次兩個電源模塊均選取PUD-2415-AS1型，完成24V/± 15V的DC/DC轉換；
7)電壓輸出控制電路:用于輸出O?±10V的直流電壓信號；
8)電流輸出控制電路:用于控制輸出O?±20mA電流信號。
[0012]對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0013]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發(fā)明技術方案的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種多通道信號調理板，至少包括Ι/ν信號轉換器件(I)、差分運算放大器(2)、增益調節(jié)電路(3)、線性隔離模塊(4)、低通濾波電路(5)、電源轉換模塊(6/7)、電壓輸出控制電路(8)、電流輸出控制電路(9);其特征在于:所述I/V信號轉換器件(I)與差分運算放大器(2)連接；所述差分運算放大器(2)與線性隔離模塊(4)直接設置有增益調節(jié)電路(3);所述線性隔離模塊(4)、低通濾波電路(5)與電壓輸出控制電路(8)、電流輸出控制電路(9)連接；所述線性隔離模塊(4 )與低通濾波電路(5 )連接后還與電源轉換模塊(6/7 )連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多通道信號調理板，其特征在于:它采用印制電路板集成設計，集成了 8個相互獨立的調理單元，其外形尺寸為300mm(L)X132mm(W)，板卡長度小于4U工控機可安裝的最大尺寸板卡；所述調理板卡具有兩種安裝固定方式，通過采用PCI及PCLD兩種工業(yè)板的安裝架構，可實現(xiàn)工業(yè)控制計算機PCI槽安裝及控制盒螺柱層疊安裝兩種方式，其中底部仿PCI卡槽及端頭固定耳片用于滿足4U高工業(yè)控制機箱安裝需求，周圍四個Φ4πιπι的安裝孔用于在控制盒螺柱層疊安裝；具有兩種輸入輸出接線方式，確保滿足不同安裝方式下的內外部接線需求，其中JDBl (DB25孔)及JDB2(DB9孔)兩個印制電路板插座主要用于對外的輸入、輸出信號接線，JDINlO及JDIN20兩個插排則主要用于對內的輸入、輸出信號接線； 調理板卡不直接從PCI插槽取電，每通道均設計了 DC/DC隔離電源，可實現(xiàn)輸入信號、輸出信號及電源三端相互隔離及通道間隔離，隔離電壓不小于lOOOVdc，在確保測試精度的前提下還可避免被測件與測試設備互不損害； 調理板卡設計有組合式增益調節(jié)機構，可實現(xiàn)對電壓信號從0.05?1000倍按1、2、5步進的增益設置，既滿足大電壓信號的衰減采集，又能夠實現(xiàn)微小信號的放大調理后遠距離傳輸需求。
【文檔編號】G01R19/00GK104374989SQ201410704518
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權日:2014年11月29日
【發(fā)明者】易水華, 王衛(wèi)華, 徐劍, 張睿純, 李賀, 謝強, 徐瑋, 萬蔣亮, 蔡仕存, 熊靜 申請人:江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司