数据采集器模拟电路自检测技术的研究

3 自检测的实现

3.1 自检测电路的设计

由于BIT技术需要增加额外的电路，为了控制设备的成本，减少新增电路对设备可靠性和电路复杂性的影响，BIT技术应在尽可能少增加附加电路的基础上，检测出尽可能多的故障状态。

由前述检测原理归纳可得出为满足BIT的要求，主要有两种测试信号需要注入到模拟电路中。一种是直流电压信号，一种是阶跃信号。使用MCU控制一个附加的D／A输出所需的测试信号。电路结构图如图3所示。



3.2 测试信号的注入

用作检测的信号自身也需要具有较高的精度。为控制采集器精度在0.2％，选用的D／A需要具有0.01％的精度。由于偏置电压只用于中间处理，只需要具有良好的漂移特性和0.1％的精度即可。

为了测量数据采集器的差模增益，可在多路开关输入端输入一直流电压，幅值为各档满量程的10％和90％电压，由此获得8个输出电压，并通过端点法计算各自的差模增益。测量共模抑制比时，可在增益为10倍时通过多路开关向PGA输入一个幅度为10 V的共模电压，并测量由共模电压产生的共模误差输出电压，然后根据该电压计算出共模抑制比。

阶跃输入信号用于测量采集器的建起时间，超调量等时域参数，这些参数将作为诊断滤波电路故障的依据。在10倍增益时输入0.5 V的阶跃脉冲，获得阶跃响应全过程的电压输出曲线。为了测量阶跃信号的输出响应，A／D芯片需要较高的采集速率，从而能在上升时间采集尽可能多的数据。当A／D 芯片采集速率较低时，可以采用输入阶跃脉冲群，同时控制A／D芯片采集的时钟周期与脉冲周期相差一定时间△t，依次测量多个阶跃脉冲响应，从而获得阶跃响应曲线。

3.3 故障诊断流程

首先通过阶跃响应的建起时间是否超过采集器最大建起时间判断滤波电路是否故障。再判断采集器的增益、共模抑制比等参数是否满足要求。如果某个参数的相对误差超过阙值，则认定采集器故障。若共模抑制比小于采集器允许的最小共模抑制比，判断为共模抑制级故障，否则判断为放大电路故障。图4为诊断流程图。若判断出有功能模块出现故障，通过前述诊断原理将故障尽可能定位到元件。若未出现故障，可将计算出的采集器参数用于数据修正。



4 结 语

本文对数据采集器模拟电路的检测原理分放大电路、共模电路和滤波电路3个部分作了阐述。提出了采集器模拟电路自检测方案，对电路结构、测试信号、诊断流程进行了说明。