专利名称：一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多路差分补偿放大电路，主要用于航天器直流配电系统回线 电流的集中检测，也可用于其它多路电信号的集中分时复用放大。
背景技术：
随着航天技术的飞速发展，航天器直流配电系统规模不断增加，配电支路数量不 断增大，由于航天配电系统的特性要求，需要对各支路电流进行遥测。现有航天器配电系统 各供电支路的电流检测，多采用分立检测的模式，每检测一路电流均需要配有相应的电流/ 电压信号转换电路，信号放大电路，进而需要对这些外围电路提供供电电源。造成整个电流 检测电路系统规模大，体积大，质量大，占用大量载荷，也给配电系统的电路设计造成困难。为了精简航天器直流配电系统的电路体积、规模和重量，需要对配电系统的控制、 检测、遥测等主要功能电路进行集成化设计，提高各功能电路的性能和效率、精简电路体积 和重量。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于高轨平台 的多路差分补偿放大电路，减小了航天器配电系统的电流检测电路的总体积和总重量，可 实现最多60路电流的分时复用检测，具有体积小、重量轻、效率高、响应速度快的特点。本实用新型的技术解决方案是一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，包括差分补偿放大电路、时序 逻辑与地址译码电路和复选模拟开关组合电路，其中差分补偿放大电路又包括差分放大电 路、误差采样保持电路和模拟开关，时序逻辑与地址译码电路包括地址译码电路和逻辑延 时电路；逻辑延时电路将外部输入的使能信号AN_EN进行延时，输出与输入的外部使能信 号AN_EN反向的信号S/H给误差采样保持电路和地址译码电路，同时逻辑延时电路还输出S/H的反相信号给差分补偿放大电路中的模拟开关的控制端；地址译码电路将输入的地址信号译码并输出模拟开关使能信号和模拟开关地址信号给复选模拟开关组合电路，复 选模拟开关组合电路接收输入的电压信号并将输出信号送入差分放大电路的输入端，差分 放大电路将输出信号输出，并同时将输出信号送入误差采样保持电路的输入端，差分放大 电路的补偿端REF通过差分补偿放大电路中的模拟开关分别与误差采样保持电路的输出 端和地连接。所述差分放大电路采用型号为AD620的仪表放大器芯片。所述误差采样保持电路采用型号为AD585的采样保持器芯片。所述模拟开关采用型号为HS-303的模拟开关芯片。所述复选模拟开关组合电路采用型号为HS-1840的16选1复选模拟开关芯片。本实用新型与现有技术相比的优点在于[0012](1)现有航天器配电系统各供电支路的电流检测，多采用分立检测的模式，每检测 一路电流除必要的电流/电压信号转换电路外，还配有专用的信号放大电路及A/D变换电 路等，进而还需要对这些电路提供供电电源，占用了航天器大量的载荷。本实用新型对航天 器配电系统的电流检测电路进行集成，集中使用同样的信号放大电路，便于误差补偿、提高 精度，能够完成最大60路的回线电流集中检测；同时只需在本电路的输出端接1路A/D变 换电路，且控制电路简单，这样本实用新型能够有效精简整个配电系统中电流检测电路的 总规模、减小电流检测电路的体积和重量，提高电流检测电路的使用效率和性能，从而更加 应用于高轨平台。(2)本实用新型采用系统误差实时采样补偿的设计，在每一路/次检测前均自动 进行一次系统零输入误差校准补偿。补偿电路由1个采样保持器和1个模拟开关构成，补 偿电路的控制由内部时序逻辑及地址电路完成，不需要专门的外部控制，能够对放大器的 零偏及电路的温漂等误差进行实时采样和补偿，有效提高了检测精度。(3)本实用新型可以利用计算机通过8位地址线(AN_EN+Ext_BUS)对该电路进行 控制，能够实现对60路电流中任意路进行任意顺序的监测。8位地址信号经电路内部的 时序逻辑与地址译码电路处理后，生成用于电路内部各功能单元控制的使能信号和地址信 号，整个时序逻辑与地址译码电路由3个基本的门集成电路及其它阻容元件构成，结构简
图1为本实用新型电路示意图；图2为本实用新型差分补偿放大电路示意图；图3为本实用新型地址译码电路示意图；图4为本实用新型逻辑延时电路示意图；图5为本实用新型复选模拟开关组合电路示意图；图6为本实用新型外部控制信号与内部控制信号逻辑时序图。
具体实施方式
一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其电路结构简图如图1所示，该 电路由差分补偿放大电路、时序逻辑与地址译码电路和复选模拟开关组合电路3个功能单 元构成。差分补偿放大电路的具体电路如图2所示，用于对输入信号进行误差补偿放大，其 内部电路结构又可分为差分放大电路、误差采样保持电路和模拟开关3部分；差分放大电 路将来自复选模拟开关组合电路的输入的电压信号进行放大输出，并同时将输出信号送入 误差采样保持电路的输入端，差分放大电路的补偿端REF通过单刀双掷模拟开关在不同工 作阶段分别与误差采样保持电路的输出端和参考地连接。时序逻辑与地址译码电路包括地 址译码电路和逻辑延时电路，具体电路图分别见图3和图4;逻辑延时电路将外部输入的使 能信号AN_EN进行延时，输出与AN_EN反向的使能信号S/H给误差采样保持电路和地址译 码电路，同时逻辑延时电路还输出与S/H反向的使能信号■给差分补偿放大电路中的模 拟开关的控制端；地址译码电路将输入的地址信号(Ext_BUQ译码并输出模拟开关使能信 号(CSl CS4)和模拟开关地址信号A[3. . 0]给复选模拟开关组合电路。复选模拟开关组合电路为4对16选1模拟开关构成的1对64选1的模拟开关，具体电路如图5所示，该电 路接收输入的电压信号并将输出信号送入差分放大电路的输入端。图6给出的是多路差分补偿放大电路的外部控制信号与内部控制信号的逻辑时 序关系。多路差分补偿放大器每完成一路/次检测工作都要经过系统误差采样、和误差补 偿放大输出两个过程，分别对应图6中的时间段Tc和Ts。多路差分补偿放大电路工作时，外部控制计算机首先发送地址信号Ext_BUS和使 能信号AN_EN给多路差分补偿放大电路。逻辑延时电路对AN_EN进行延时Tc，延时期间， 多路差分补偿放大电路处于系统误差采样状态，此时S/H强制将地址信号A[3. . 0]置为 [1111]，被选通的16选1模拟开关的第16脚(对应图5中Ul 8的IN16引脚，使用时该 脚接地)导通；互面驱动单刀双掷模拟开关使差分放大电路的REF端接地，差分放大电路输 出为输入接地条件下的系统误差；S/H还使误差采样保持电路工作于采样阶段，该误差信 号被误差采样保持电路采样。延时完成后，多路差分补偿放大电路进入误差补偿放大输出 工作状态(Ts)，此时S/H及■电平翻转，误差采样保持电路进入保持输出状态，差分放大 电路的REF端通过模拟开关与误差采样保持电路输出连接，同时，A[3..0]输出正常，复选 模拟开关组合电路选通被测通道，差分放大电路输出经过误差的补偿的放大信号，整个电 路完成一次检测工作。电路中各个功能单元的具体实施方式
及其工作情况如下1)差分补偿放大电路差分补偿放大电路，可分为差分放大电路、误差采样保持电路和模拟开关3部分， 具体电路图见图2。差分放大电路直接用AD公司的仪表放大器AD620来实现，用于对被测 信号的放大处理，具有低噪声、高共模抑制比的优点；AD620的正、负输入端与电源地之间 还连接有7 8V稳压管，用于AD620输入端的过压保护。误差采样保持电路直接使用AD 公司的采样保持器AD585实现，误差采样保持电路的采样放大状态与保持输出状态转换， 由逻辑延时电路提供的使能信号S/H进行控制。差分补偿放大电路中的模拟开关为单刀双 掷模拟开关，利用htersil公司的4路模拟开关HS-303RH中的两路并联实现，模拟开关的 两个输入端分别接参考地和AD585的输出端，输出端接AD620的参考电位端REF ；HS-303RH 的选通状态由使能信号控制，使AD620的REF端在Tc阶段(丽为0)接地，Ts阶段 (丽为1)接误差采样保持电路输出相对S/H短暂延时，但，延时时间远小于Tc。Tc阶段(S/H为1):差分放大电路AD620的输入端通过复选模拟开关组合电路接 地，AD620的REF端通过模拟开关HS-303RH接地，AD620输出为零输入条件下的系统误差 Voffset ；同时，误差采样保持电路AD585对AD620输出的零输入误差V。ffset进行采样，并反向 放大1倍输出_V。ffset。Ts阶段时误差采样保持电路AD585进入保持输出状态，保持输出 电压信号_V。ffset ；AD620的输入端通过复选模拟开关接通被测信号，参考电位端REF通过模 拟开关HS-303RH接误差采样保持电路的输出_V。ffset，对输出信号的系统误差进行补偿，最 终完成被测信号的误差补偿放大输出。误差补偿后的输出信号Vout可以用下式表达Vout = (Vin X Gain+Voffset * ) -VoffsetVoffs为Ts阶段的系统误差，近似认为与V。ffset相等。电路的系统误差V。ffset *主 要是由放大器的零偏、滤波电路的输入阻抗、复选开关漏电流及电路的温漂引起，利用误差 补偿电路，能够基本消除这种误差。多路差分补偿放大器每进行1路/次检测差分补偿放大电路都会重新进行一次误差采样。2)时序逻辑与地址译码电路时序逻辑与地址译码电路由地址译码电路(见图3)、和逻辑延时电路(见图4)两 部分构成。地址译码电路用于对外部输入的7位地址信号Ext_BUS(ADD[6. . 0])的处理，其 核心器件为3/8译码器(采用T.I.公司的MHC138)和四路或门电路(采用Τ. I.公司的 CD4071)。地址信号ADD [6. . 4]通过MHC138译码成复选模拟开关的使能信号CSl CS4， 分别输入到4对16选1模拟开关的使能端，使其中1对模块开关的选通，其它关断。4位地 址信号ADD[3..0]分别与S/H信号一起送入或门⑶4071的输入端，⑶4071输出的地址信 号A[3..0]为模拟开关的通道选通地址信号，送入所有16选1模拟开关。在Tc阶段，使能 信号S/H为高电平，或门CD4071的输出A[3. . 0]被强制置为[1111]，选通模拟开关的第16 通道导通(接地)；在Ts阶段A [3.. 0]等于输入地址信号ADD [3.. 0]，模拟开关的被测通道 导通。逻辑延时电路利用与非门电路(采用Τ. I.公司的CD4011)将使能信号AN_EN转换 为与之反向的S/H信号，其间RC延时电路将S/H信号由1-0的翻转时间相对AN_EN由0_1 的翻转延时iTc ；RC延时电路内还包含一个用于延时电容放电的二极管1N4148，用于RC延 时电路的电容放电，使S/H信号由0-1的翻转跟随AN_EN由1-0的翻转。S/H信号再次经过 RC延时并反向后产生，用于模拟开关HS303RH的通断控制。在Tc阶段，AN_EN由0_1， S/H由于延时仍旧为1，·为0 ；在Ts阶段，AN_EN保持为1，S/H由1_0，实面由0_1 ；单个 检测周期Tw = Tc+Ts结束后，AN_EN由1回复为0，S/H由0-l，i由1-0。3)复选模拟开关组合电路复选模拟开关组合电路(见图5)由2组各4个16选1复选模拟开关(采用 Intersil公司的HS1840ARH)构成，这2组开关分别构成1个64选1复选模拟开关，功能和 结构上呈对称分布，相对应开关及其通道由相同的使能信号(CSl CS4)及地址(A[3. . 0]) 控制；这2组开关，分别用于电流检测电阻两端(高、低电位)电压信号到差分放大电路 AD620的正、负输入端的通断控制。在Tc阶段，通道选通地址信号A [3. . 0]被强制置为1111，被C&c信号选通模拟开 关X的第16通道(对应图5中的士 IN16、士 IN32、士 IN48、士 IN64)导通，使用时该通道均 接地，用于零输入状态下的系统误差(Voffset)采样；在Ts阶段，通道选通地址信号A[3. . 0] 等于外部地址信号ADD [3. . 0]，被C&c信号选通的模拟开关χ的相应检测通道导通，被测电 流检测电阻两端的电位信号被送入放大器AD620的输入端，进行放大处理，AD620输出经误 差补偿的电流检测信号，完成检测功能。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
权利要求1.一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其特征在于包括差分补偿放大电 路、时序逻辑与地址译码电路和复选模拟开关组合电路，其中差分补偿放大电路又包括差 分放大电路、误差采样保持电路和模拟开关，时序逻辑与地址译码电路包括地址译码电路 和逻辑延时电路；逻辑延时电路将外部输入的使能信号AN_EN进行延时，输出与输入的外 部使能信号AN_EN反向的信号S/H给误差采样保持电路和地址译码电路，同时逻辑延时电 路还输出S/H的反相信号—给差分补偿放大电路中的模拟开关的控制端；地址译码电路 将输入的地址信号译码并输出模拟开关使能信号和模拟开关地址信号给复选模拟开关组 合电路，复选模拟开关组合电路接收输入的电压信号并将输出信号送入差分放大电路的输 入端，差分放大电路将输出信号输出，并同时将输出信号送入误差采样保持电路的输入端， 差分放大电路的补偿端REF通过差分补偿放大电路中的模拟开关分别与误差采样保持电 路的输出端和地连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其特征在 于所述差分放大电路采用型号为AD620的仪表放大器芯片。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其特征在 于所述误差采样保持电路采用型号为AD585的采样保持器芯片。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其特征在 于所述模拟开关采用型号为HS-303的模拟开关芯片。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，其特征在 于所述复选模拟开关组合电路采用型号为HS-1840的16选1复选模拟开关芯片。
专利摘要一种适用于高轨平台的多路差分补偿放大电路，用于直流配电系统回线电流的集中检测，最多能够实现60路电流的分时复用检测。整个电路由复选模拟开关组合电路、时序逻辑与地址译码电路、差分补偿放大电路三个主要功能单元组成。本实用新型主要用于航天器直流配电系统回线电流的集中检测，也可用于其它适用的多路电信号的集中分时放大场合。
文档编号H03F1/30GK201830209SQ20102059767
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者仪德英, 任亮, 张殿睿, 李廷中, 谭小野 申请人:北京卫星制造厂