[发明专利]一种高频宽输入隔离采样和精度校准方法

摘要

本发明提供了一种高频宽输入隔离采样和精度校准电路，包括信号调理电路、ADC转换单元、隔离通信单元和校准单元，所述信号调理电路包括无源衰减网络及高频补偿电路、选通电路、电压跟随器、单端转差分电路、可控增益放大器、差分低通滤波器，其中，所述无源衰减网络及高频补偿电路的输出端与所述选通电路的输入端连接，所述选通电路的输出端与所述电压跟随器的输入端连接。本发明还提供了一种随输入信号量程实时自适应调节和多调节量情况下最优精度自动校准的高频宽输入隔离采样和精度校准方法。本发明的有益效果是：实现了宽范围电压信号隔离、低噪声高速率的隔离采样，具备量程自适应调节和精度自动校准功能。

主权项

1.一种高频宽输入隔离采样和精度校准方法，其特征在于：基于高频宽输入隔离采样和精度校准电路进行随输入信号量程实时自适应调节控制程序和采样精度校准程序；所述高频宽输入隔离采样和精度校准电路包括信号调理电路、ADC转换单元、隔离通信单元和校准单元，所述信号调理电路包括无源衰减网络及高频补偿电路、选通电路、电压跟随器、单端转差分电路、可控增益放大器、差分低通滤波器，其中，所述无源衰减网络及高频补偿电路的输出端与所述选通电路的输入端连接，所述选通电路的输出端与所述电压跟随器的输入端连接，所述电压跟随器的输出端与所述单端转差分电路的输入端连接，所述单端转差分电路的输出端与所述可控增益放大器的输入端连接，所述可控增益放大器的输出端与所述差分低通滤波器的输入端连接，所述差分低通滤波器的输出端与所述ADC转换单元的输入端连接，所述ADC转换单元的输出端与所述隔离通信单元的输入端连接，所述校准单元分别与所述选通电路、单端转差分电路、可控增益放大器、差分低通滤波器、隔离通信单元连接；所述随输入信号量程实时自适应调节控制程序包括：采用二分法，将测量量程由中间量程往大和小量程依次尝试，高速读取当前多点测量数据，求取相应最大值、最小值、均值、均方根值作为有效判定依据，并按阈值进行判断，假使在阈值范围内，则选定当前量程测量；若大于阈值，则往大量程重新判断；若小于阈值，则往小量程重新判断，重新读取当前数据并判断，直到找到最优量程为止；在无外部输入条件下，所述采样精度校准程序为：进行信号调理电路的零偏校准和ADC转换单元的自身零偏及非线性校准，需校准的参数包括信号通道零点、幅度、偏置电压，通过校准单元和可控增益放大器协同完成，校准单元采用高精度、低积分非线性误差、低差分非线性误差、低噪声、低温漂的稳定电压输出作为校准调节单元，校准单元分为四个调节单元，第四调节单元作为高精度稳定直流信号源注入，向选通电路注入高精度补偿电压值，第一调节单元作为前级调零，第三调节单元调节可控增益放大器，第二调节单元对差分低通滤波器和ADC转换单元调零；在多调节量条件下，所述采样精度校准程序为：分为非线性校准和零点校准，非线性校准修正的是输入输出关系曲线的增益，零点校准修正的是输入输出关系曲线的偏置，无源衰减网络及高频补偿电路，由于采用高精度低温漂无源器件，且已事先标定，不参与校准，校准流程中的内置信号源为已标定过的高精度稳定直流信号源，校准过程需硬件和软件协调完成自动化过程，按照设定量程设定第三调节单元，且设定高精度稳定直流信号源注入电压为0V，读取当前ADC值并求取均值，若均值不为0，则微调第一调节单元输出电压值和第二调节单元电压值，采用二分法快速找到合理的第一调节单元和第二调节单元取值，直至测量值的均值为0，保持当前第一调节单元和第二调节单元取值，按当前量程将内置的高精度稳定直流信号源输出细分为适量等份，并依次注入选通电路，读取ADC测量值并求取均值，拟合输入输出关系曲线，若曲线为线性，则保存当前量程输入输出比例值；若不为线性关系，则保存当前量程输入输出拟合关系数据，至此该量程校准完毕，开始下一级量程校准，直至所有量程校准完毕。/n