基于串行總線的測量儀器模擬節(jié)點設計

0 引 言
智能測量儀器作為信息獲取工具，是一種集多個門類、多種學科技術于一體的復雜有機體。隨著測試技術、計算機技術和大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，現代智能測量儀器不但對功能、性能、精度和指標的要求越來越高，而且對系統(tǒng)可靠性、可維修性的要求也越來越高。因此，這就要求測量儀器具有完備的內建測試(build intest，BIT)功能以及自我調節(jié)和補償能力，以使測量儀器系統(tǒng)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，智能測量儀器要具備這些測試、診斷以及調節(jié)、補償能力，必須首先對整個測量儀器工作狀態(tài)進行監(jiān)測，然后通過對這些節(jié)點的狀態(tài)進行分析和處理，從而進行進一步的故障定位或調節(jié)補償。這些狀態(tài)主要包括環(huán)境溫度以及電路板上各關鍵電路節(jié)點的電壓、電流、功率等，由于都是模擬量，故常稱這些分布在電路板上的觀測節(jié)點為模擬節(jié)點。可見，對智能測量儀器工作環(huán)境以及各關鍵節(jié)點模擬量的檢測是智能測量儀器內建測試以及調節(jié)補償的前提和基礎，也是智能測量儀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的智能測量儀器模擬節(jié)點信號監(jiān)測電路的沒計思想和設計方法。

1 模擬節(jié)點信號監(jiān)測設計原理
典型的電路板模擬節(jié)點監(jiān)測電路通常由信號檢測通道、信號調理電路、多路選擇開關、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探測電路板上各探測點的溫度、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入A／D轉換器之前首先進行的必要處理，以有效濾除不需要信號的影響，改善信號質量，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通常包括增謐放大、衰減、濾波、整流、檢波信號轉換等。多路開關是為了簡化電路和降低成本而保證多個模擬節(jié)點共用同一個A／D轉換器而設計，以方便通過軟件實現對某一路模擬艟的轉換。多路開關常用的有機械觸點式和電子式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、切換時間及穩(wěn)定時間、通路問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(jié)點輸入信號的頻率較高時，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、采樣開關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鍵器件，用來將模擬信號轉換成數字信號，以便由處理器進行一系列的后續(xù)處理。A／D轉換器件種類很多，選擇時需綜合考慮分辨力、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。