信号采集板的制作方法

本实用新型主要涉及信号调理电路技术领域，尤其涉及一种信号采集板。

背景技术：

在自动测试系统中，为了满足不同信号的处理要求，系统中需要相应安装模拟量采集、模拟量输出、pwm信号输入、pwm信号输出、开关量输出等板卡。在现有的自动测试系统中，往往需要采用几种不同的板卡来实现测试目的。

目前市面上的板卡接口功能简单，当自动测试系统需要测量多个信号时，需要对不同功能的板卡进行控制，具有系统配置复杂、板卡占用系统空间等缺陷。

图1为现有的一种自动测试系统的结构示意图，如图1所示，自动测试系统1包括模拟量采集板卡11、pwm信号输入板卡12、通信总线13和上位机14，模拟量采集板卡11和pwm信号输入板卡12通过通信总线13连接至上位机14。

模拟量采集板卡11用于采集电压，pwm信号输入板12用于测量pwm信号的频率和占空比，模拟量采集板卡11和pwm信号输入板12得到的数据经通信总线13发送给上位机14。

然而，在自动测试系统的实际应用中，用户对数据采集的需求往往会根据不同测试目的发生改变，例如当需要测量的pwm信号的信号通道数比较少时，在自动测试系统中加一张pwm信号输入板卡就会占有系统的卡槽，减少自动测试系统可测试的其他输入量和输出量。目前市面上需要一种集成多功能端口的信号采集板，使其能灵活应用于多种信号采集的场合，减少系统卡槽的占用空间。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的缺陷，提供了一种信号采集板，解决了现有技术中系统配置复杂、板卡占用系统空间的缺陷。

本实用新型提供了一种信号采集板，包括本体、电压采集电路、模数转换器、pwm信号测量电路、主控制器和通信总线。电压采集电路具有电压输入端和电压输出端。模数转换器具有模拟输入端和数字信号输出端，所述模拟输入端连接所述电压采集电路的电压输出端。pwm信号测量电路具有pwm信号输入端和pwm信号输出端，所述pwm信号输入端连接所述电压输入端。主控制器具有输入模块和输出模块，所述输入模块连接所述数字信号输出端和所述pwm信号输出端。通信总线连接所述输出模块。其中，所述电压采集电路、模数转换器、pwm信号测量电路、主控制器和通信总线设置在所述本体上。

在本实用新型的一实施例中，所述电压采集电路包括依次接入所述电压输入端的分压衰减电路、运算放大器和单端转差分转换器，所述单端转差分转换器连接所述电压输出端。

在本实用新型的一实施例中，信号采集板包括多路所述电压采集电路和多路pwm信号测量电路，其中每路pwm信号测量电路的pwm信号输入端连接对应的一路电压采集电路的电压输入端。

在本实用新型的一实施例中，所述信号采集板包括多个所述模数转换器，所述模数转换器连接多个所述电压输出端。

在本实用新型的一实施例中，所述pwm信号测量电路包括依次接入所述pwm信号输入端的无损传输模块和比较器，所述比较器连接pwm信号输出端。

在本实用新型的一实施例中，所述主控制器连接多个所述pwm信号输出端。

在本实用新型的一实施例中，所述主控制器连接多个所述数字信号输出端。

在本实用新型的一实施例中，所述通信总线为工业以太网总线。

在本实用新型的一实施例中，所述通信总线为can总线。

在本实用新型的一实施例中，所述信号采集板还包括通信接口，连接所述通信总线，且用于和上位机通信。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种信号采集板实现了模拟量采集和pwm信号测量的功能集成，解决了现有技术中板卡功能单一的缺陷，减少了板卡的占用卡槽，提高了自动测试系统和板卡控制器的利用率，扩展了自动测试系统的测试能力。

附图说明

包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本实用新型的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1是现有的一种自动测试系统的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例中的一种信号采集板的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例中的电压采集电路的电路图。

图4是本实用新型一实施例中的模数转换器的电路图。

图5是本实用新型一实施例中的pwm信号测量电路的电路图。

图6是本实用新型一实施例中的一种汽车电子自动测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如本实用新型和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本实用新型的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

图2为本实用新型一实施例中的一种信号采集板的结构示意图。如图2所示，信号采集板2包括ad电压采集电路20和pwm信号测量电路23，ad电压采集电路20可以包括电压采集电路21和模数转换器22(图2中未示出)。信号采集板2还包括主控制器24、通信总线25、通信接口26和本体27。

本体27用于承载电子器件，本体27可以是印刷电路板，电压采集电路21、模数转换器22、pwm信号测量电路23、主控制器24、通信总线25和通信接口26可以设置在本体27上。

本实用新型一实施例中提出的一种信号采集板2，实现了模拟量采集和pwm信号测量的功能集成，解决了现有技术中板卡功能单一的缺陷，减少了板卡的占用卡槽，提高了自动测试系统和板卡控制器的利用率，扩展了自动测试系统的测试能力。

ad电压采集电路20用于采集电压，并将被测电压这一模拟量转换为数字信号发送给主控制器24，如图2所示，ad电压采集电路20可以具有一电压输入端211和一数字信号输出端222。在本实用新型的一实施例中，ad电压采集电路20可以包括电压采集电路21和模数转换器22。

图3是本实用新型一实施例中的电压采集电路的电路图，图4是本实用新型一实施例中的模数转换器的电路图，如图3、4所示，电压采集电路21具有电压输入端211和电压输出端212，模数转换器22具有模拟输入端221和数字信号输出端222。

pwm信号测量电路23用于测量pwm信号的频率和占空比，pwm信号测量电路23可以将包含被测pwm信号的频率和占空比数据的数字信号发送给主控制器24。

图5是本实用新型一实施例中的pwm信号测量电路的电路图，如图5所示，pwm信号测量电路23具有pwm信号输入端231和pwm信号输出端232。pwm信号测量电路23的pwm信号输入端231连接电压采集电路21的压输入端211。当被测信号接入信号采集板2时，被测信号将同时送入电压采集电路21和pwm信号测量电路23。

主控制器24具有输入模块和输出模块(图2未示出)。主控制器24的输入模块连接ad电压采集电路20的模数转换器22的数字信号输出端222和pwm信号测量电路23的pwm信号输出端232。主控制器24的输出模块连接通信总线25。

主控制器24可以连接多路pwm信号测量电路23和ad电压采集电路20。如图2所示，在本实用新型的一实施例中，主控制器24可扩展连接至多达二十四路的pwm信号测量电路23和二十四路电压采集电路21，实现了多路被测量的采集和测量。

相对于现有技术，本实用新型一实施例中的主控制器24可以在同一时间对多个被测量进行采集和测量，并且每个被测量可同时实现电压采集和pwm信号的测量，能够灵活配合用户的测试需求。

主控制器24、通信总线25和通信接口26依次连接，通信接口26连接通信总线25，通信接口26可以用于和上位机3通信。主控制器24接收到pwm信号测量电路23和ad电压采集电路20发送的数据后，通过通信总线25将数据发送给上位机3，通信总线25用于主控制器24与上位机3之间的通信。

在本实施例中，通信总线25可以是工业以太网总线，通信总线25可以是ethercat、ethernet/ip、profinet等类型的工业以太网总线。在本实施例中，通信总线25采用ethercat总线，ethercat是以以太网为基础的现场总线系统，一般工业通讯的网络各节点传送的资料长度不长，多半都比以太网帧的最小长度要小，而每个节点每次更新资料都要送出一个帧，造成带宽的低利用率，网络的整体性能也随之下降，ethercat利用了一种称为“飞速传输”的技术改善了以上问题。

在本实用新型的一些其他实施例中，例如当信号采集板2所安装的自动测试系统中的板卡数量较少时，通信总线25可以是can总线。can总线多用于汽车行业，can总线具有布线简单、典型的总线型结构、可最大限度地节约布线与维护成本、稳定可靠、实时、抗干扰能力强、传输距离远等特点。

基于通信总线25的不同选择，通信接口26的类型适配于连接其的通信总线25。在本实施例中，通信总线25为工业以太网总线，通信接口26的类型可以是rj45。rj45是布线系统中通信引出端连接器的一种，是标准的8位模块化接口。

图3为本实用新型一实施例中的电压采集电路的电路图，图4为本实用新型一实施例中的模数转换器的电路图。在本实用新型一实施例的一种信号采集板中，信号采集板2的ad电压采集电路20可以包括电压采集电路21和模数转换器22。

如图3、图4所示，电压采集电路21具有电压输入端211和电压输出端212，模数转换器22具有模拟输入端221和数字信号输出端222。在本实用新型一实施例的一种信号采集板中，模数转换器22的模拟输入端221连接电压采集电路21的电压输出端212，模数转换器22用于将电压采集电路21发送给模数转换器22得模拟量信号转换成主控制器可接收的数字信号。

如图3所示，电压采集电路21具有电压输入端211和电压输出端212，电压采集电路21包括依次接入电压输入端211的分压衰减电路212、运算放大器213和单端转差分转换器214，单端转差分转换器214连接电压输出端212。

分压衰减电路212用于衰减电压输入端211输入的被测模拟量信号。分压衰减电路212可以包括分压电阻r31和r32。在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，分压衰减电路212可以连接至运算放大器213，分压衰减电路212可以通过分压电阻r31和r32将被测模拟量信号衰减20倍，衰减后的被测模拟量信号在运算放大器213的输入量范围内。

运算放大器213用于消除负载变化对衰减后的被测模拟量信号的影响。在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，运算放大器213可以连接至单端转差分转换器214，衰减后的被测模拟量信号通过运算放大器213的跟随输出至单端转差分转换器214。

较佳地，在本实施例中，运算放大器213的型号为opa172idbvt，在一些其他实施例中，运算放大器213可以是具有其在信号采集板2中相同功能的其他型号的器件。

单端转差分转换器214用于将单端输入至单端转差分转换器214的模拟量信号转成双端差分输出。在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，单端转差分转换器214的双端输出即电压输出端212，单端转差分转换器214将运算放大器213输入的单端模拟量信号进行差分变换，输出两个差分信号提供给模数转换器22。差分信号中的其中一个和原信号同相，另一个和原信号反向。差分信号有较强的抗共模干扰能力，适合较长距离传输，单端信号则没有这个功能。

较佳地，在本实施例中，单端转差分转换器214的型号可以为ad8475。在一些其他实施例中，单端转差分转换器214可以是具有其在信号采集板2中相同功能的其他型号的器件。

在本实施例中，单端转差分转换器214包括vocm输入端，vocm输入端可以连接至模数转换器22，即vocm输入端的电压可以由模数转换器22提供，单端转差分转换器214的内部共模反馈环路迫使输出共模电压等于vocm输入端的电压。

如图4所示，模数转换器22具有模拟输入端221和数字信号输出端222，模数转换器22的模拟输入端221连接电压采集电路21的电压输出端212，模数转换器22的数字信号输出端222可以连接至本实用新型一实施例的一种信号采集板2中的主控制器(图4未示出)。

模数转换器22用于将电压采集电路21发送给模数转换器22的模拟量信号转换成数字信号。在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，一模数转换器22的模拟输入端可以连接多至八路电压采集电路21的电压输出端212，信号采集板2可以包括多至四个模数转换器22，即信号采集板2最多可以支持二十四路电压采集。

图5为本实用新型一实施例中的pwm信号测量电路的电路图。如图5所示，pwm信号测量电路23具有pwm信号输入端231和pwm信号输出端232。

pwm信号测量电路23还包括依次接入pwm信号输入端231的无损传输模块233和比较器234。pwm信号输入端231的比较器234连接pwm信号输出端232。

在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，pwm信号测量电路23的pwm信号输出端232连接至主控制器(图5中未示出)，主控制器最多可以支持二十四个pwm信号输出端232的输入连接。

无损传输模块233用于衰减pwm信号输入端231输入的被测pwm信号。无损传输模块233可以包括分压电阻r51、r52和电容c51、c52。

在本实用新型一实施例的一种信号采集板2中，分压衰减电路212可以连接至比较器234，分压衰减电路212可以通过分压电阻r51和r52将被测模拟量信号衰减1倍，衰减后的被测模拟量信号在比较器234的输入量范围内。

比较器234可以具有同相输入端2341、反相输入端2342和输出端2343。比较器234的同相输入端2341可以接入一数模转换器dac，比较器234通过数模转换器dac控制阈值电压。比较器234的反相输入端2342用于接收被测pwm信号，pwm信号输入端231使比较器234的输出端2343跳变。

本实用新型一实施例中的pwm信号测量电路还可以包括一滤波电路235，比较器234连接无损传输模块233和滤波电路235，比较器234通过滤波电路235连接至pwm信号输出端232。

滤波电路235用于对比较器234的输出端2343输出的pwm信号进行滤波稳定处理。滤波电路235可以包括电阻r53和电容c53。电阻r53一端连接比较器234的输出端2343，另一端连接电容c53。电容c53的一端接地，另一端连接电阻r53和pwm信号输出端232。

图6为本实用新型一实施例中的一种汽车电子自动测试系统的结构示意图。如图6所示，上述任一实施例中的信号采集板2可以应用于一种汽车电子测试系统6。汽车电子自动测试系统6包括被测汽车电子设备61、机箱62、上位机63和通信总线64。

机箱62可以具有多个卡槽620，卡槽620用于安装各种不同的板卡621，板卡621可以包括上述任一实施例中的信号采集板2和输出电压板卡3、输出pwm信号板卡、故障植入单元(fiu)板卡等。

汽车电子设备61连接至机箱62中的板卡，机箱62和上位机63通过通信总线64连接。信号采集板2可以测量汽车电子设备61输出的被测量的电压、频率和占空比，信号采集板2将得到的数据通过通信总线64发送给上位机63，用户可以根据实际测试需求，对上位机63得到的数据进行选择和后续的处理。

本实用新型提出的一种信号采集板实现了模拟量采集和pwm信号测量的功能集成，解决了现有技术中板卡功能单一的缺陷，减少了板卡的占用卡槽，提高了自动测试系统和板卡控制器的利用率，扩展了自动测试系统的测试能力。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本实用新型的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本实用新型进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本实用新型中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本实用新型示范实施例的精神和范围。

本实用新型使用了特定词语来描述本实用新型的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本实用新型至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本实用新型的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本实用新型披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本实用新型实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本实用新型对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书的范围内。