一种多通道的测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及计算机及通讯技术领域，特别涉及一种多通道的测量装置。


背景技术：

2.fpga器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。fpga的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块ram，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于fpga具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。
3.传统的传感器后端所使用的采集卡通常基于mcu构建，但是常规mcu的应用方案的处理能力有限，对于单独的采集、存储尚可用dma的方式实现，此类采集应用，常常需要实时处理和显示，而mcu较低的工作频率、串行处理架构使得16通道数据需要排队进行；常规mcu由于其需要兼顾多种应用场景，其尺寸相对较大，尤其是16通道的采集需要多个仪器合并使用；常规mcu无法集成多通道。
4.综上所述，现有的传感器后端所使用的测量装置存在体积较大、通道数低的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供一种多通道的测量装置，通过改进测量装置的前端架构，基于多路选择器与前置放大单元相配合，解决了传统的测量装置存在的体积较大、通道数低的问题。
6.为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为采用一种多通道的测量装置，包括多个输入端口、多路选择器、前置放大单元和数据处理单元，其中，多个所述输入端口、所述多路选择器、所述前置放大单元和所述数据处理单元按照依次级联的方式电气连接。
7.可选地，所述测量装置还包括模数转换单元和数模转换单元，其中，所述模数转换单元的输入端与所述前置放大单元的输出端电气连接，所述数模转换单元的输出端与所述数据处理单元的输入端电气连接。
8.可选地，所述前置放大单元包括二级放大器和固定增益放大器，其中，所述二级放大器和所述固定增益放大器按照依次级联的方式电气连接。
9.可选地，所述前置放大单元还包括差分转换器，其中，所述差分转换器的输入端与所述固定增益放大器的输出端电气连接，所述差分转换器的输出端与所述模数转换单元的输入端电气连接。
10.可选地，在多个传感器采集的信号分别输入多个所述输入端口的情况下，所述多路选择器按照分时复用的方式依次将所述信号传输至所述前置放大单元，所述前置放大单元将放大后的所述信号传输至所述模数转换单元，所述模数转换单元将模数转换后的数字信号传输至所述数据处理单元，所述数据处理单元将处理后的所述数字信号传输至所述数模转换单元。
11.可选地，所述测量装置还包括参考时钟单元。
12.可选地，所述测量装置还包括供电单元。
13.本实用新型的首要改进之处为提供的多通道的测量装置，通过改进测量装置的前端架构，使得外部传感器采集的信号输入时，能够基于多路选择器按照分时复用的方式依次将所述信号传输至所述前置放大单元并完成后续数据处理，满足了多通道应用的需求的同时，有效降低了测量装置的尺寸，解决了传统的测量装置存在的体积较大、通道数低的问题。同时，前置放大单元能够有效提升测量装置的高动态采集范围和高信噪比特性。
附图说明
14.图1是本实用新型的多通道的测量装置的简化单元连接图；
15.图2是本实用新型的二级放大器和固定增益放大器的简化电路连接图；
16.图3是本实用新型的差分转换器的简化电路连接图；
17.图4是本实用新型基于fpga架构的一优选实施例的简化电路连接图。
具体实施方式
18.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
19.如图1所示，一种多通道的测量装置，包括多个输入端口1、多路选择器2、前置放大单元3和数据处理单元4，其中，多个所述输入端口1、所述多路选择器2、所述前置放大单元3和所述数据处理单元4按照依次级联的方式电气连接。其中，所述数据处理单元可以由fpga的可配置逻辑单元构成。
20.进一步的，所述测量装置还包括用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换单元5和用于将数字信号转换为模拟信号的数模转换单元6，其中，所述模数转换单元5的输入端与所述前置放大单元3的输出端电气连接，所述数模转换单元5的输出端与所述数据处理单元4的输入端电气连接。其中，所述测量装置还包括用于为多路选择器2、前置放大单元3、数据处理单元4、模数转换单元5和数模转换单元6提供参考时钟信号的参考时钟单元，所述参考时钟单元可以由fpga的全局时钟网络和数字时钟管理模块构成；所述测量装置还包括用于为多路选择器2、前置放大单元3、数据处理单元4、模数转换单元5和数模转换单元6供电的供电单元。
21.进一步的，所述前置放大单元3包括二级放大器和固定增益放大器，其中，所述二级放大器和所述固定增益放大器按照依次级联的方式电气连接。由于外界传感器信号常常是一些微弱的信号，直接使用adc进行采集，由于无法达到其最大的采集量程，会损失大量可用采集范围，降低系统的动态能力。因此，本技术通过设置二级放大器u26、u275与u28构成固定增益放大器相配合，有效提升了测量装置对弱信号的响应能力以及动态调节能力。具体的，如图2所示，u26的第一级是低噪声放大器，可以采用增益14db设计，根据噪声传递理论，噪声主要由第一级放大器贡献，因此第一级的低噪声放大器可以有效控制住系统总噪声。而u26的第二级是一个程序控制的可变增益放大器，可以提供
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18～+20db的可变增益，用于调整系统的动态范围。因此，u26提供的总增益可以为
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4～+34db。而u275和u28构成的一个固定增益放大器，放大倍数为20db。
22.更进一步的，如图3所示，所述前置放大单元3还包括差分转换器，其中，所述差分转换器的输入端与所述固定增益放大器的输出端电气连接，所述差分转换器的输出端与所述模数转换单元5的输入端电气连接。为了匹配输入的传感器采集的信号形式(单端信号)和模数转换单元5所需的输入信号形式，本技术通过设置差分转换器u33将经二级放大器和固定增益放大器放大后的传感器采集的单端模拟信号转换为差分模拟信号。
23.进一步的，在多个传感器采集的信号分别输入多个所述输入端口1的情况下，所述多路选择器2按照分时复用的方式依次将所述信号传输至所述前置放大单元3，所述前置放大单元3将放大后的所述信号传输至所述模数转换单元5，所述模数转换单元5将模数转换后的数字信号传输至所述数据处理单元4，所述数据处理单元4将处理后的所述数字信号传输至所述数模转换单元6。
24.更进一步的，如图4所示，所述测量装置还可以包括微型集束同轴电缆，所述数模转换单元6输出的模拟信号传输至所述微型集束同轴电缆，并通过所述微型技术同轴电缆将所述模拟信号传输至后端上位机单元。本实用新型通过设置微型集束同轴电缆取代传统的常规的sma或者smp，进一步降低了测量装置的尺寸，使其能够集成到传感器后级。
25.本实用新型通过改进测量装置的前端架构，使得外部传感器采集的信号输入时，能够基于多路选择器按照分时复用的方式依次将所述信号传输至所述前置放大单元并完成后续数据处理，满足了多通道应用的需求的同时，有效降低了测量装置的尺寸，解决了传统的测量装置存在的体积较大、通道数低的问题。同时，前置放大单元能够有效提升测量装置的高动态采集范围和高信噪比特性。
26.以上对本实用新型实施例所提供的多通道的测量装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
27.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
28.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd
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rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。