一种基于PXI总线的多通道高精度铂热电阻模拟板

摘要

本发明公开一种基于PXI总线的多通道高精度铂热电阻模拟板，包括模拟部分、数字部分；模拟部分包括校准单元与多个输出电阻模块；输出电阻模块用来连接外部仪器，由m个数字电位器间并联后再与电阻R并联构成；校准单元具有与输出电阻模块结构相同的内部电阻模块，用来实现内部电阻模块或外部电阻阻值的测量与校准；由此通过校准电路对内部电阻模块校准获得的校准参数对输出电阻模块输出阻值进行修正。数字部分用来对各个部分进行控制，并实现与PXI总线控制器间的数据交互。本发明铂热电阻模拟板可提供多通道铂热电阻输出，且输出电阻模块精度高、价格低、体积小、温漂小，通过更换电阻R，可以调整输出电阻的输出范围，不影响输出电阻的精度。

主权项

一种基于PXI总线的多通道高精度铂热电阻模拟板，其特征在于：包括位于总线板卡上的模拟部分、数字部分以及连接器J5；所述数字部分包括FPGA芯片、温度传感器、FRAM存储芯片、PXI总线以及PXI触发总线；模拟部分包括校准单元与n个输出电阻模块，n≥1；所述模拟部分中，输出电阻模块采用4线制电阻接口连接外部仪器，通过连接器J5与外部仪器连接，用来实现高精度低温漂的模拟铂热电阻输出；输出电阻模块包括电阻R、数字电位器、DC‑DC转换器与数字隔离器A构成；其中，数字电位器为m个，m≥2；m个数字电位器间并联后再与电阻R并联；m个数字电位器与数字隔离器A相连、通过数字隔离器A与铂热电阻模拟板中的数字部分中FPGA芯片相连；m个数字电位器与数字隔离器A均与DC‑DC转换器相连，通过DC‑DC为输出电阻模块供电；所述校准单元包括内部电阻模块、校准模块、多路开关；其中，内部电阻模块与多路开关相连，外部电阻通过连接器J5实现与多路开关相连，多路开关与校准模块相连，且与数字部分中的FPGA芯片相连，通过FPGA芯片控制多路开关的通断实现外部电阻、内部电阻模块与校准模块间的连接断开，从而通过校准模块实现内部电阻模块或外部电阻阻值的测量与校准；所述校准模块包括V/I转换电路、调理电路、基准电压源、参考电压与24位模拟数字转换器与DC‑DC转换器；其中，V/I转换电路与多路开关相连，且与基准电压源相连，通过基准电压源用来为V/I转换电路提供电压信号；通过V/I转换电路将电压信号转换为高精度的电流信号I，并根据外部电阻或内部电阻模块的阻值得到外部电阻或内部电阻模块的电压信号V发送给调理电路；调理电路与24位模拟数字转换器相连，用来将接受到的电压信号V进行放大，发送给24位模拟数字转换器将经放大后的电压信号V转换为24位的串行电压数据；24位模拟数字转换器通过数字隔离器B与数字模块中的FPGA相连，通过数字隔离器B将转换后的24位串行电压数据发送到数字模块中的FPGA芯片中，通过FPGA芯片进行存储；24位模拟数字转换器还与参考电压源相连，根据参考电压源提供的参考电压调整24位模拟数字转换器的测量范围；上述V/I转换电路、基准电压源、参考电压源、24位模拟数字转换器、调理电路、数字隔离器B均与DC‑DC相连，通过DC‑DC转换器为校准模块供电；所述数字部分中：FPGA芯片通过接收PXI总线与PXI触发总线的地址、数据、控制信号，通过数字隔离器A与数字隔离器B自动控制模拟部分中校准单元中的内部电阻模块与各个输出电阻内的数字电位器输出阻值进行设置，从而控制内部电阻模块与输出电阻模块的输出阻值；上位机通过PXI总线采集FPGA芯片中存储的24位串行电压数据，上位机根据24位串行电压数据便可得到被测量对象的电阻值R=V/I，V为电压、I为电流；温度传感器用来实时测量铂热电阻模拟板工作过程中的实际温度数值，由FPGA定时读取温度传感器测得的温度数据，通过PXI总线将温度数据传递给上位机；FRAM存储器用来存储模拟部分中校准单元的校准系数、每个输出电阻的输出电阻阻值，以及外部电阻或内部电阻的阻值测量数据；PXI总线通过FPGA芯片读取FRAM的存储数据，获得铂热电阻模拟板的固有信息。