基于串行總線(xiàn)的測量?jì)x器模擬節點(diǎn)設計

0 引 言
智能測量?jì)x器作為信息獲取工具，是一種集多個(gè)門(mén)類(lèi)、多種學(xué)科技術(shù)于一體的復雜有機體。隨著(zhù)測試技術(shù)、計算機技術(shù)和大規模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，現代智能測量?jì)x器不但對功能、性能、精度和指標的要求越來(lái)越高，而且對系統可靠性、可維修性的要求也越來(lái)越高。因此，這就要求測量?jì)x器具有完備的內建測試(build intest，BIT)功能以及自我調節和補償能力，以使測量?jì)x器系統本身具備測試、診斷和故障定位的能力以及適應各種環(huán)境、溫度和器部件性能變化的能力。
但是，智能測量?jì)x器要具備這些測試、診斷以及調節、補償能力，必須首先對整個(gè)測量?jì)x器工作狀態(tài)進(jìn)行監測，然后通過(guò)對這些節點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行分析和處理，從而進(jìn)行進(jìn)一步的故障定位或調節補償。這些狀態(tài)主要包括環(huán)境溫度以及電路板上各關(guān)鍵電路節點(diǎn)的電壓、電流、功率等，由于都是模擬量，故常稱(chēng)這些分布在電路板上的觀(guān)測節點(diǎn)為模擬節點(diǎn)?？梢?jiàn)，對智能測量?jì)x器工作環(huán)境以及各關(guān)鍵節點(diǎn)模擬量的檢測是智能測量?jì)x器內建測試以及調節補償的前提和基礎，也是智能測量?jì)x器可測性設計的重要一環(huán)，需要認真對待。
下面介紹一種基于串行總線(xiàn)的智能測量?jì)x器模擬節點(diǎn)信號監測電路的沒(méi)計思想和設計方法。

1 模擬節點(diǎn)信號監測設計原理
典型的電路板模擬節點(diǎn)監測電路通常由信號檢測通道、信號調理電路、多路選擇開(kāi)關(guān)、采樣／保持電路、A／D轉換電路以及處理器接口和控制邏輯等構成，如圖1所示。

信號檢測通道主要用來(lái)探測電路板上各探測點(diǎn)的溫度、電流、電壓等模擬量，通常針對不同探測對象而使用不同的傳感器、檢波器或相關(guān)電路將待檢測信號轉換成一定的電流或電壓信號。
信號調理電路是為了保證A／D轉換的精度而在模擬輸入信號進(jìn)入A／D轉換器之前首先進(jìn)行的必要處理，以有效濾除不需要信號的影響，改善信號質(zhì)量，提高信噪比，增強信號的抗下擾能力，保證輸入信號符合A／D轉換器并處于其最佳轉換范同。信號調理所采用的技術(shù)通常包括增謐放大、衰減、濾波、整流、檢波信號轉換等。多路開(kāi)關(guān)是為了簡(jiǎn)化電路和降低成本而保證多個(gè)模擬節點(diǎn)共用同一個(gè)A／D轉換器而設計，以方便通過(guò)軟件實(shí)現對某一路模擬艟的轉換。多路開(kāi)關(guān)常用的有機械觸點(diǎn)式和電子式2種，通常需要根據通道數目、輸入方式(單端還是差分輸入)、電平高低、切換時(shí)間及穩定時(shí)間、通路問(wèn)所允許的最大串繞誤差以及控制方式等加以綜合考慮選擇。
當模擬節點(diǎn)輸入信號的頻率較高時(shí)，為減小A／D轉換的孔徑誤差常設計使用采樣／保持電路。采樣保持器通常根據輸入信號范圍、輸入信號變化率、采樣開(kāi)關(guān)切換速度以及采樣誤差的允許范圍等選擇。如果輸入模擬信號頻率較低，A／D轉換相對足夠快或A／D集成了采樣保持器時(shí)則可以省略采樣保持器的設計。
A／D轉換器足模擬輸入通道的關(guān)鍵器件，用來(lái)將模擬信號轉換成數字信號，以便由處理器進(jìn)行一系列的后續處理。A／D轉換器件種類(lèi)很多，選擇時(shí)需綜合考慮分辨力、轉換精度、轉換速度和功耗等指標。一般地，A／D轉換器位數選取應根據被測電路的模擬輸入信號的變化范圍和A／D轉換器量化誤差及量化噪聲等綜合考慮。