模数转换误差自校正的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模数转换误差自校正的装置及方法；包括：多个基准电压输入端、模拟信号输入端、模拟开关、电压跟随器、模数转换器和微控制器；所述多个基准电压输入端和模拟信号输入端分别连接至模拟开关；所述模拟开关连接至电压跟随器；所述电压跟随器连接至模数转换器；所述模数转换器连接至微控制器；所述微控制器输出通道选通信号给模拟开关。本发明专利技术可以避免由于模数转换器件个体间性能不一致、应用环境变化等情况下模数转换器件精度变差以及不可控，可以动态补偿模数转换器的转换参数。

【技术实现步骤摘要】
模数转换误差自校正的装置及方法
本专利技术公开了一种可以应用于安全信号系统、工业控制信号系统等系统中的模数转换器误差自校正的装置及方法。
技术介绍
在工业控制系统和安全信号系统（应用于航空电子、铁路信号、核电等行业）中，系统模拟量传感器的信号一般使用模数转换器（ADC）来采集，得到的数字量送给微控制器经行处理。如图1所示，是目前常见的一种模拟输入通道电路结构，该电路由电压跟随器电路9、模数转换器10、微控制器电路11三部分组成。由于模数转换器电路的精度会随产品批次以及环境温度等因素的影响而变化。在模数转换器电路的精度变化的情况下，会造成采集误差变大且不可控。一般，模拟数字转换器件都有偏移误差和增益误差，会随着环境影响而变化。在工业控制系统和安全信号系统中，往往需要控制模数转换采集误差，保证采集误差在一定范围之内，否则可能导致错误的采集结果而造成严重后果。因而图1所示的模拟输入通道电路设计结构中须包含模数转换器误差自校正电路的部分，用于在线补偿模拟转换电路的偏移误差和增益误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种模数转换误差自校正的装置，它可以避免由于模数转换器件个体间性能不一致、应用环境变化等情况下模数转换器件精度变差以及不可控。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种模数转换误差自校正的装置；包括：多个基准电压输入端、模拟信号输入端、模拟开关、电压跟随器、模数转换器和微控制器；所述多个基准电压输入端和模拟信号输入端分别连接至模拟开关；所述模拟开关连接至电压跟随器；所述电压跟随器连接至模数转换器；所述模数转换器连接至微控制器；所述微控制器输出通道选通信号给模拟开关。本专利技术的有益效果在于：其可以避免由于模数转换器件个体间性能不一致、应用环境变化等情况下模数转换器件精度变差以及不可控，可以动态补偿模数转换器的转换参数。所述多个基准电压输入端包括限流电阻，电压基准芯片，基准电压分压电阻A，基准电压分压电阻B。有温度传感器连接至微控制器。包括2个基准电压输入端。本专利技术还提供了一种模数转换误差自校正的方法，包括以下步骤：步骤1、由微控制器提供通道选通信号控制模拟开关分时导通多个基准电压输入,同时由模数转换器分时的采集相应的输入；步骤2、微控制器根据模数转换器对多个基准电压输入分别采集得到的数字量进行线性计算，得到相应的增益参数Gain和偏移参数offset：步骤3、微控制器提供通道选通信号控制模拟开关导通模拟信号输入，采集输入信号，通过公式Y=Gain*x+offset得到参数补偿后的采集值；步骤4、当系统参数超过某个阈值时，微控制器启动模数转换器参数自校正。步骤4还包括：微控制器启动模数转换器参数自校正，并重复完成步骤2，3的内容，获取新的增益参数Gain和偏移参数offset，并继续工作。步骤4还包括：温度传感器实时监控系统温度，当温度超过某个阈值时，微控制器启动模数转换器参数自校正。所述步骤1中包括2个基准电压输入。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是目前常见的模数转换采集电路设计结构示意图；图2是本专利技术的模数转换误差自校正电路结构示意图。附图标记说明：1限流电阻，2电压基准芯片，3基准电压分压电阻A，4基准电压分压电阻B，5模拟开关，6电压跟随器，7微控制器，8模数转换器，9电压跟随器，10模数转换器ADC,11微处理器，12温度传感器。具体实施方式本专利技术提供了一种模数转换误差自校正的电路结构和方法。其可以避免由于模数转换器件个体间性能不一致、应用环境变化等情况下模数转换器件精度变差以及不可控，该结构和方法可以动态补偿模数转换器的转换参数。本专利技术提供的模数转换误差自校正的结构和方法，该结构和方法能够应用于包括但并不局限于安全信号系统、工业控制系统等领域。本专利技术所述的模数转换误差自校正的方法的电路部分如图2所示，由限流电阻1，电压基准芯片2，基准电压分压电阻A3，基准电压分压电阻B4，模拟开关5，电压跟随器6，微控制器7，模数转换器8和温度传感器12组成。所述2个基准电压输入端和模拟信号输入端分别连接至模拟开关5；所述模拟开关5连接至电压跟随器6；所述电压跟随器6连接至模数转换器8；所述模数转换器8连接至微控制器7；所述微控制器7输出通道选通信号给模拟开关5。温度传感器12连接至微控制器7。一般模拟开关导通阻抗很小，且后级为电压跟随器，其输入阻抗很大，信号在模拟开关的衰减可以忽略。本专利技术所述的方法包括：1.在上电初始化阶段，由微控制器MCU提供通道选通信号控制模拟开关分时导通两个基准电压输入Vref，Vref’,同时由模数转换器ADC分时的采集相应的输入。2.微控制器MCU根据模数转换器ADC对Vref，Vref’分别采集得到的数字量进行线性计算，得到相应的增益参数Gain和偏移参数offset：Y=Gain*x+offset（13）3.然后，微控制器MCU提供通道选通信号控制模拟开关导通模拟信号输入，采集输入信号，软件通过公式（13）得到参数补偿后的采集值。4.温度传感器12实时监控系统温度，当温度超过某个阈值时，微控制器MCU将启动模数转换器ADC参数自校正，完成步骤2，3的内容，获取新的增益参数Gain和偏移参数offset，并继续工作。可根据模数转换器ADC8输入电压范围的要求，电压基准芯片2，基准电压分压电阻A3，基准电压分压电阻B4采用不同的选型，得到合适的Vref和Vref’，且不限于产生2个参考基准电压，可根据软件的算法需要，设计产生多个合适的参考基准电压。该方法，能动态的补偿模数转换的增益误差和偏移误差，补偿过程无需关电，能做到在各个温度阶段进行自校正。能动态补偿模数转换误差，动态确定模数转换参数。能够在不断电的情况下根据温度的变化重新确定模数转换参数，减小温度变化对模数转换的影响。例如可以针对电压基准芯片使用AD1582BRTZ（精度0.08%），电阻3和4为3KOhm（0.1%精度），可以得到电压基准Vref等于2.5V，Vref’等于1.25V，模拟转换器使用TMS320f2812的内部12位模数转换器ADC，输入范围为0~3V，模拟开关采用MAX314L，其通道导通电阻最大不超过2Ohm，电压跟随器采用放大器TLV2472C，其输入端偏置电流最大100pA，可以得到在模拟开关上最大的电压跌落为200pV，远远小于12位模数转换器ADC的分辨率，可以忽略其影响。在该实施例中，微控制器MCU采用TMS320f2812。该方法由硬件电路和软件共同实现，它能够在微控制器MCU的控制下上电初始化/在线校正模数转换器的误差，避免了由于器件不同批次的性能不一致、应用环境变化等情况下模数转换器ADC校正参数不能随之修正的问题。图2中，包含误差自校正的模数转换器能够通过模拟开关5灵活的在系统上电阶段或者在工作过程中对基准电压进行采集，进而对模数转换参数进行在线校正，能应用于温度变化大的环境中。本专利技术并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本专利技术涉及的技术方案。基于本专利技术启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本专利技术的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本专利技术的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本专利技术的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模数转换误差自校正的装置；其特征在于，包括：多个基准电压输入端、模拟信号输入端、模拟开关（5）、电压跟随器（6）、模数转换器（8）和微控制器（7）；所述多个基准电压输入端和模拟信号输入端分别连接至模拟开关（5）；所述模拟开关（5）连接至电压跟随器（6）；所述电压跟随器（6）连接至模数转换器（8）；所述模数转换器（8）连接至微控制器（7）；所述微控制器（7）输出通道选通信号给模拟开关（5）。

【技术特征摘要】
1.一种模数转换误差自校正的装置，其特征在于，包括：多个基准电压输入端、模拟信号输入端、模拟开关（5）、电压跟随器（6）、模数转换器（8）和微控制器（7）；所述多个基准电压输入端和模拟信号输入端分别连接至模拟开关（5）；所述模拟开关（5）连接至电压跟随器（6）；所述电压跟随器（6）连接至模数转换器（8）；所述模数转换器（8）连接至微控制器（7）；所述微控制器（7）输出通道选通信号给模拟开关（5）。2.如权利要求1所述的模数转换误差自校正的装置；其特征在于，所述多个基准电压输入端包括限流电阻（1），电压基准芯片（2），基准电压分压电阻A（3），基准电压分压电阻B（4）。3.如权利要求1所述的模数转换误差自校正的装置；其特征在于，有温度传感器（12）连接至微控制器（7）。4.如权利要求1所述的模数转换误差自校正的装置；其特征在于，包括2个基准电压输入端。5.一种模数转换误差自校正的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、由微控制器（7）提供通道选通信号控制模拟开关（5）分时导通多个基准电压输入,同时由模数转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌锋，杨朝霞，俞泓，崔捷浩，王军伟，
申请(专利权)人：上海富欣智能交通控制有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31