一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置的制作方法

本发明涉及复杂传感器接口模拟信号发生领域，具体涉及一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置。

背景技术：

在传感器测试系统的研制生产过程中，需要产生模拟的各种传感器接口信号输入到传感器测试系统中以评估传感器测试系统的测量精度，并对其可靠性进行验证。现有的各种信号发生装置都不能同时满足大动态和高精度的要求，使得在利用现有的这些信号发生装置对某些复杂的传感器测试系统进行测试评估时，出现评估结果一致性差，影响评估结果可信度的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置，能够产生具有大动态幅度和频率调节范围的高精度传感器接口模拟信号，满足各种传感器测试系统对传感器接口模拟信号发生装置的应用要求。

本发明的技术方案为：

一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置，包括USB通讯接口、可编程逻辑器件、高精度D/A变换电路、信号调理滤波电路、高压输出电路、输出接口、电压变换电路、高精度A/D变换电路；

USB通讯接口与可编程逻辑器件相连，可编程逻辑器件的输出经高精度D/A变换电路、信号调理滤波电路连接到高压输出电路，高压输出电路的输出分别连接到电压变换电路和输出接口，电压变换电路的输出经高精度A/D变换电路连接到可编程逻辑器件。

还包括电源分配电路，电源分配电路输出的电源分别连接到USB通讯接口、可编程逻辑器件、高精度D/A变换电路、信号调理滤波电路、高压输出电路、电压变化电路和高精度A/D变换电路。

所述可编程逻辑器件包括直接数字频率合成模块、任意波形配置表模块、自适应预失真处理模块、数字幅度控制模块和通讯接口控制模块；

通讯接口控制模块与USB通讯接口相连，通讯接口控制模块的输出分别连接到直接数字频率合成模块、任意波形配置表模块和数字幅度控制模块，直接数字频率合成模块的输出连接到自适应预失真处理模块，任意波形配置表模块的输出连接到直接数字频率合成模块，数字幅度控制模块的输入端与高精度A/D变换电路连接，数字幅度控制模块的输出连接到自适应预失真处理模块，自适应预失真处理模块的输出连接到高精度D/A变换电路。

所述高精度D/A变换电路和高精度A/D变换电路中的DA和AD变换器的精度不低于16位。

所述直接数字频率合成模块的相位累加器位数大于24位。

所述任意波形配置表模块、自适应预失真处理模块和数字幅度控制模块中的处理位宽不低于16位。

本发明的有益效果为：

本发明所述传感器接口模拟信号发生装置产生的信号具有大动态的幅度和频率调节范围，同时具备高精度特性。信号幅度动态范围可从-36V～+36V，信号频率范围可从DC～100KHz，输出频率精度在全频率范围内优于0.1Hz，输出信号总谐波失真在全频率范围内，满幅输出时优于0.01％，满幅输出时的幅度精度优于0.1％。

本发明所述装置产生的信号不仅信号幅度调节范围大、信号频率和幅度输出精度高，还具有高压信号输出失真小的特点。特别是高压低失真信号输出的特性，弥补了当前一般信号发生装置输出电压低、信号失真相对严重的问题。本发明能够满足传感器测试系统对各种复杂传感器接口模拟信号发生装置的实际需求。

附图说明

图1为本发明所述的一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置的电路原理图。

其中，1-USB通讯接口，2-可编程逻辑器件，3-高精度D/A变换电路，4-信号调理滤波电路，5-高压输出电路，6-输出接口，7-电压变换电路，8-高精度A/D变换电路，9-电源分配电路，10-直接数字频率合成模块，11-自适应预失真处理模块，12-任意波形配置表模块，13-数字幅度控制模块，14-通讯接口控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，本发明是一种大动态高精度传感器接口模拟信号发生装置，包括软件和硬件两部分。

所述硬件部分包括USB通讯接口1、可编程逻辑器件2、高精度D/A变换电路3、信号调理滤波电路4、高压输出电路5、输出接口6、电压变换电路7、高精度A/D变换电路8和电源分配电路9。USB通讯接口1接收来自外部的指令和信息，在可编程逻辑器件2的控制下，信号通过多个电路经过多次变换，最终从输出接口6对外输出，用于对传感器测试系统进行测试评估。

其中，USB通讯接口1与可编程逻辑器件2连接，可编程逻辑器件2的输出连接到高精度D/A变换电路3，高精度D/A变换电路3的输出连接到信号调理滤波电路4，信号调理滤波电路4的输出连接到高压输出电路5，高压输出电路5的输出分别连接到电压变换电路7和输出接口6，电压变换电路7的输出连接到高精度A/D变换电路8，高精度A/D变换电路8的输出连接到可编程逻辑器件2。电源分配电路9输出的电源分别连接到USB通讯接口1、可编程逻辑器件2、高精度D/A变换电路3、信号调理滤波电路4、高压输出电路5、电压变化电路7和高精度A/D变换电路8。

所述软件部分用于配置可编程逻辑器件2，可编程逻辑器件2是本发明的核心部分，包括直接数字频率合成(DDS)模块10、任意波形配置表模块11、自适应预失真处理模块12、数字幅度控制13模块和通讯接口控制14模块。

其中，通讯接口控制模块14与USB通讯接口1相连，通讯接口控制模块14的输出分别连接到直接数字频率合成(DDS)模块10、任意波形配置表模块11和数字幅度控制模块13。直接数字频率合成(DDS)模块10的输出连接到自适应预失真处理模块12，任意波形配置表模块11的输出连接到直接数字频率合成(DDS)模块10，数字幅度控制模块13的输入与高精度A/D变换电路8的输出连接，数字幅度控制模块13的输出连接到自适应预失真处理模块12，自适应预失真处理模块12的输出连接到高精度D/A变换电路3。

本发明的工作原理如下：

USB通讯接口1用于从外部获取需要输出的信号幅度、频率、波形配置信息，并把接收的信息输入到可编程逻辑器件2。由可编程逻辑器件2内部配置的通讯接口控制模块14接收来自USB通讯接口1的信息，并分别传送给直接数字频率合成(DDS)模块10、任意波形配置表模块11和数字幅度控制模块13；根据获取的信号幅度、频率、波形配置信息，经过任意波形配置表模块11和直接数字频率合成(DDS)模块10合成相应的输出波形进入到自适应预失真处理模块12；同时，从高精度A/D变换电路8反馈的信号经过数字幅度控制模块13变换以后，进入自适应预失真处理模块12。在自适应预失真处理模块12中，自适应预失真算法在消除高压信号失真的同时，还能够完成对信号幅度的精确控制，并将最终的信号输出到高精度D/A变换电路3。高精度D/A变换电路3把接收的数字波形信号变换为模拟电压信号输出到信号调理滤波电路4。信号调理滤波电路4把接收的单极性信号变换为双极性信号并进行滤波，然后输出信号进入高压输出电路5。高压输出电路5能够对信号进行高压放大输出，输出的高压信号一路通过输出接口6对外输出，一路进入电压变换电路7进行电压变换。电压变换电路7把接收的双极性信号变换为单极性信号并把信号幅度变换到能够适应高精度A/D变换电路8的输入范围，然后输出信号进入高精度A/D变换电路8。高精度A/D变换电路8把接收的模拟电压信号变换为数字信号输入到可编程逻辑器件2。电源分配电路9主要用于对硬件电路各部分供电。

本实施例中，高精度D/A变换电路3和高精度A/D变换电路8中，DA和AD变换器的精度要求不低于16位。电压变换电路7和高精度A/D变换电路8在工作的环境温度范围内的稳定性能够满足输出信号的精度要求。高压输出电路5中的高压运放的增益带宽积必须在信号输出频率范围内满足输出幅度要求。直接数字频率合成(DDS)模块10的相位累加器位数最好大于24位，任意波形配置表模块11、自适应预失真处理模块12和数字幅度控制模块13中的处理位宽要求不低于16位。自适应预失真处理模块12的算法要求对输出信号能够提供精确的幅度调节控制。

上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。