[发明专利]一种天文观测系统中可扩展动态范围的增益自适应变换电路及方法

权利要求书

1.一种天文观测系统中可扩展动态范围的增益自适应变换方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)调理放大信号：对观测系统传感器输出的信号，使用运算放大电路调理信号，使信号动态范围与后一级的AD转换器输入动态范围适配；

2)确定输入信号幅度范围：将观测系统传感器输出的信号与设定的阈值进行比较，根据比较结果相应输出高电平/低电平；

步骤2)中采用迟滞比较电路，根据观测系统传感器输出的信号幅值输出不同信号电平，记所述信号幅值为V_signal，迟滞比较电路高、低阈值电平分别为V_high、V_low，如果V_signalV_high，则迟滞比较电路输出为低电平；如果V_signalV_low，则迟滞比较电路输出为高电平；如果V_lowV_signalV_high，则迟滞比较电路保持前一状态；

3)调整运算放大电路增益：根据所述高电平/低电平，对运算放大电路配置相应的高增益/低增益系数；

步骤3)中，是采用触发切换开关的方式，选择不同的负端输入电阻，实现对运算放大电路配置不同的增益系数；

4)量化输入信号：将运算放大电路输出的信号通过所述AD转换器数字化；

5)数据处理：接收步骤4)AD转换器输出的数字化信号，并参考步骤2)输出的高电平/低电平对信号进行修正，得到数字化的目标信号；

步骤5)中参考步骤2)输出的高电平/低电平对信号进行修正，具体是：如果步骤2)输出的是高电平，对应于运算放大电路的高增益，则将AD转换器输出的数字化信号增加一位最高位“0”；如果步骤2)输出的是低电平，对应于运算放大电路的低增益，则在AD转换器输出的数字化信号加上一个偏置值。

2.根据权利要求1所述的天文观测系统中可扩展动态范围的增益自适应变换方法，其特征在于，所述偏置值为其中为高增益与低增益的增益系数之比，V_high为迟滞比较电路的高阈值电平。

3.一种天文观测系统中可调整动态范围的增益自适应变换电路，其特征在于：包括可变增益运算放大电路、迟滞比较电路、AD转换器和FPGA，其中，原始输入信号同时接入可变增益运算放大电路和迟滞比较电路；所述迟滞比较电路将原始输入信号与设定的阈值电压比较，根据比较结果输出高电平/低电平；所述可变增益运算放大电路根据迟滞比较电路的输出选择对应的增益档对原始输入信号进行调理，并输出至AD变换器；所述FPGA同时接收被AD转换器量化的数字式信号和迟滞比较电路的输出，合成数字化的目标信号；

所述迟滞比较电路包括电压比较器、电阻R1、电阻R2；所述可变增益放大电路包括运算放大器、多路选择开关、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述原始输入信号同时接至运算放大器的正向输入端和所述电压比较器的反向输入端；所述电阻R1一端接入参考电平V_ref，另一端连接比较器的正向输入端；所述电阻R2的两端分别连接电压比较器的正向输入端和输出端；所述迟滞比较电路的输出端分别连接至多路选择开关的控制端和FPGA的第一输入端；所述电阻R3两端分别连接至运算放大器的反向输入端和输出端；所述多路选择开关的单端口连接至运算放大器的反向输出端，多端口分别连接电阻R4、电阻R5的一端，电阻R4、电阻R5的另一端接地；所述AD变换器的信号输入端连接运算放大器的输出端，控制端接收FPGA发来的控制信号，数据输出端连接FPGA的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的天文观测系统中可调整动态范围的增益自适应变换电路，其特征在于：记迟滞比较电路设置的高、低阈值电平分别为V_high、V_low，输出的高、低电平分别为V_OH、0，则参考电平