[实用新型]多通道模拟量输入模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工业控制系统中的多通道模拟量输入模块，更具体地，涉及一种在工业控制系统中的、包含针对通道切换引起的串扰进行补偿的补偿装置的非隔离多通道模拟量输入模块。

背景技术

在工业控制系统非隔离多通道模拟量输入模块中，各通道间必然存在串扰。串扰主要由下面两类因素引起：

因素1.电路布线，接线及共用电源等引起的通道间耦合。

因素2.通道切换引起的电路充放电效应。

而由通道切换引起的串扰占据各种串扰的绝对最大比重。所以只要解决了由通道切换引起的串扰，就可以使产品基本满足产品的串扰指标要求。

图1示出了现有技术的多通道模拟量输入模块的典型电路结构。在图1中，多个输入通道CH1-CHn的输入端子分别连接到多个输入预处理电路11-1n，多个输入预处理电路11-1n分别对多个输入通道CH1-CHn的模拟量输入信号进行预处理；输入预处理电路11-1n的输出分别连接到多路选择电路MUX的n个输入端，多路选择电路MUX选择多个输入预处理电路11-1n之一的输入作为其输出，多路选择电路MUX的输出依序连接到后级的处理电路20和模数转换电路30。

在如图1所述的典型模拟量输入电路中，因为电路本身的固定参数和分布参数而引起的充放电效应的存在，使得只要各通道输入信号(包括电压输入信号和电流输入信号)经过各级处理电路后在模数转换器输入端产生的电压信号不同，在后级的多路选择电路MUX切换和模数转换器30采样之间就必须等待一段时间，以便让模数转换器30输入端的电压信号稳定下来，这样才能得到准确的采样值。

将图1的输入预处理电路11-1n和处理电路20均简化为一阶电路，则由多路选择电路MUX切换通道而引起的阶跃输入全响应如下面的等式(1)所示：

U＝U1×(1-e^-t/τ)+U2×e^-t/τ

＝U1+K×(U2-U1)......(1)

其中：

t：从通道切换开始到模数转换器采样的时间

U：本采样通道输入信号对应的模数转换器输入端的t时刻的电压信号。

U1：本采样通道输入信号对应的模数转换器输入端的稳定电压信号。

U2：上一采样通道输入信号对应的模数转换器输入端的稳定电压信号。

τ：各级处理电路的综合充放电参数。

K：即时间常数e^-t/t，当针对特定的硬件参数、并且模数转换器30的采样频率固定后其为一固定值。在实际应用中对于同一批次的电路板可共用此参数。K应当通过测试而非理论计算得到。

图2A是现有技术的多通道模拟量输入模块的通道切换时的放电效应(即本通道信号低于上一采样通道信号的情况)示意图；图2B是现有技术的多通道模拟量输入模块的通道切换时的充电效应(即本通道信号高于上一采样通道信号的情况)示意图。

在特定的硬件条件下，如果输入采样时间指标不足以让模数转换器30输入端的电压信号稳定下来，这就会产生约为K*(U2-U1)的通道间串扰。

在某些技术方案中会在两个输入通道之间切入中间电位(相当于复位电平)。但是，这样的技术方案，使得模数转换器执行一次采样处理必须进行两次通道切换操作，而且还必须引入准确的中间电位电平才能保证采样的精度，从而电路复杂，且采样频率相对不高。

因此期待设计出一种新的多通道模拟量输入模块，使上述的通道间串扰能够得到充分抑制，同时多通道模拟量输入模块的电路结构能够简单，并且保证采样频率。

实用新型内容

本实用新型的目的是基本解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下面的优点。因此，本实用新型的目的是提供一种多通道模拟量输入模块，其中多通道模拟量输入模块包括：多个输入通道；多路选择电路，接收多个输入通道的输入，选择多个输入通道之一的输入作为其输出；处理电路接收多路选择电路的输出，并对其进行处理；模数转换电路，对处理电路的输出进行模数转换。所述多通道模拟量输入模块还包括对模数转换电路的输出进行补偿的补偿装置，所述补偿装置包括：存储组件：存储从模数转换器得到的补偿前本采样通道的模数转换器读出值D、上一采样通道的模数转换器读出值D2以及参数K1；计算组件：读取存储组件存储的数据D、D2和K1，根据等式D1＝D+(D-D2)×K1计算出补偿后本采样通道的模数转换器读出值D1，并将D1输出到后级电路装置，其中，参数K1是与多通道模拟量输入模块的硬件参数和采样频率相关的参数。