常见电路设计(一)

常见电路设计(一)摘要：文章主要阐述了电压信号、电流信号硬件方面的处理和调制；通过硬件对这些信号的处理，处理后的波形能够直接通过板卡采集，通过换算显示在测试界面上。因此，对于工控机板卡采集和处理的信号参数带来了方便，提高了测试精度。关键词：电压信号；电流信号；硬件处理现在测试设备很多都是在向集成、综合方向发展，都需要在电脑上控制和采集各种信号，对以往的模拟电压表、电流表都很少用了，都是通过板卡采集、软件换算后显示在测试界面上。于是就对电路设计提出了更高的要求，有许多信号不能直接通过工控机的板卡直接采集，需要对一些信号通过硬件处理后采集。例如大于10V的电压信号、电流信号、不规则的波形信号等一些电路中出现的信号。1电压信号采集如果测试设备采集的电压信号精度要求不是特别高的话，那就采用传统的电阻分压的方法（如图1）。通常电阻长时间通电，电阻的温度会升高导致电阻有微小的变化，因此高精度的电压采集不能通过这种方法采集。由于板卡采集的电压最大范围为±10V，故不能直接将超过此范围电压直接输入采集板卡里，为了解决此问题，需要将该电压降低后采集。电压采集主要采用传统的电阻分压采集如图1。此时采集到的电压为X=Y，然后将此公式反算回去即可求出输入电压，此公式为Y=X。通过软件编程界面上就可以显示出输入的实际电压。当然如果Y电压太大，通过R1和R2分压后X值还是大于10V，那就需要对R1和R2的电阻值进行合理的分配。如果需要高精度的电压，那需要专用的电压传感器和高精度的板卡。图1电压采集电路图若信号（电压、波形等信号）仅仅是需要把幅值降低，而不需要具体数值的话，可以通过光电耦合器（6N136）芯片降压，通过光电耦合后除幅值降低外其它各种参数均未发生变化。信号输出的幅值大小可以通过调节R1和R2阻值的大小控制，但最大不会超过5V。如图2，这样采集板卡可以采集并处理信号中的各种参数。2电流信号采集传统的电流采集是采集电流通过采样电阻时采样电阻之间的电压，用采集到的电压值除以该电阻值即为所测试的电流值（如图3），计算公式为I=。该设备测试的电流范围为10mA～4A。实际电流为I=，当测试大电流时，采样电阻R可以很小，对产品的内阻R1影响很小，实际测试到的电流为I0=，但是由于电流偏大，采样电阻R会发热导致采样电阻R的值变化，采集到的电压也随之变化，此时计算的电流误差较大；当测试小电流时，如果还是用小电阻测试时，采集到的采样电压会很小，不能区分实际测试到的电压和板卡自身产生的漂移电压，误差将会很大；如果将采样电阻增大，采样电阻的阻值就不能忽略了，即将采样电阻与产品实际的阻值之和作为产品现在的阻值，实际的电流为I0==I0=，而我们需要I=，I〉I0。于是测试出来的电流偏小，误差增大。同时因为采样电阻两端的电压也都超过±10V，不能直接采集。所以我们采用了专用测试电流的芯片MAX471。其电路图如图4。该芯片的内阻较小，不会影响到产品，并且测量精度高。当电压信号通过芯片和负载时产生电流信号，此时电流信号是通过芯片的第8脚输出的，输出的信号是电流信号，按上图将匹配电阻接入电路，此时产生的电流信号跟匹配电阻输出端的电压是1：1的关系，这样采集到的电压值（既电流值）不需要换算，直接输入到采集板卡，数据更稳定，更精确。此芯片只能用于小于3A电流测试。3结束语电路设计中，电压信号、电流信号都是最常见到的，现在设备都制作的精致，便于携带，往往都取消了模拟表头。因此对需要采集的信号进行处理，信号在通过硬件处理后能够满足板卡采集要求。以上用到的芯片非常常见，并且在PCB板的制作上也非常方便。在日后的工作中大家可以尝试一下！参考文献[1]赵保经.中国集成电路大全――CMOS集成电路[M].国防工业出版社，1985.