常見電路設計（一）

李百鋒

摘 要：文章主要闡述了電壓信號、電流信號硬件方面的處理和調制；通過硬件對這些信號的處理，處理后的波形能夠直接通過板卡采集，通過換算顯示在測試界面上。因此，對于工控機板卡采集和處理的信號參數帶來了方便，提高了測試精度。

關鍵詞：電壓信號；電流信號；硬件處理

現在測試設備很多都是在向集成、綜合方向發展，都需要在電腦上控制和采集各種信號，對以往的模擬電壓表、電流表都很少用了，都是通過板卡采集、軟件換算后顯示在測試界面上。于是就對電路設計提出了更高的要求，有許多信號不能直接通過工控機的板卡直接采集，需要對一些信號通過硬件處理后采集。例如大于10V的電壓信號、電流信號、不規則的波形信號等一些電路中出現的信號。

1 電壓信號采集

如果測試設備采集的電壓信號精度要求不是特別高的話，那就采用傳統的電阻分壓的方法（如圖1）。通常電阻長時間通電，電阻的溫度會升高導致電阻有微小的變化，因此高精度的電壓采集不能通過這種方法采集。由于板卡采集的電壓最大范圍為±10V，故不能直接將超過此范圍電壓直接輸入采集板卡里，為了解決此問題，需要將該電壓降低后采集。電壓采集主要采用傳統的電阻分壓采集如圖1。此時采集到的電壓為X= Y，然后將此公式反算回去即可求出輸入電壓，此公式為Y= X。通過軟件編程界面上就可以顯示出輸入的實際電壓。當然如果Y電壓太大，通過R1和R2分壓后X值還是大于10V，那就需要對R1和R2的電阻值進行合理的分配。如果需要高精度的電壓，那需要專用的電壓傳感器和高精度的板卡。

圖1 電壓采集電路圖

若信號（電壓、波形等信號）僅僅是需要把幅值降低，而不需要具體數值的話，可以通過光電耦合器（6N136）芯片降壓，通過光電耦合后除幅值降低外其它各種參數均未發生變化。信號輸出的幅值大小可以通過調節R1和R2阻值的大小控制，但最大不會超過5V。如圖2，這樣采集板卡可以采集并處理信號中的各種參數。

2 電流信號采集

傳統的電流采集是采集電流通過采樣電阻時采樣電阻之間的電壓，用采集到的電壓值除以該電阻值即為所測試的電流值（如圖3），計算公式為I= 。該設備測試的電流范圍為10mA～4A。實際電流為I= ，當測試大電流時，采樣電阻R可以很小，對產品的內阻R1影響很小，實際測試到的電流為I0= ，但是由于電流偏大，采樣電阻R會發熱導致采樣電阻R的值變化，采集到的電壓也隨之變化，此時計算的電流誤差較大；當測試小電流時，如果還是用小電阻測試時，采集到的采樣電壓會很小，不能區分實際測試到的電壓和板卡自身產生的漂移電壓，誤差將會很大；如果將采樣電阻增大，采樣電阻的阻值就不能忽略了，即將采樣電阻與產品實際的阻值之和作為產品現在的阻值，實際的電流為I0= =I0= ，而我們需要I= ，I〉I0。于是測試出來的電流偏小，誤差增大。同時因為采樣電阻兩端的電壓也都超過±10V，不能直接采集。所以我們采用了專用測試電流的芯片MAX471。其電路圖如圖4。該芯片的內阻較小，不會影響到產品，并且測量精度高。

當電壓信號通過芯片和負載時產生電流信號，此時電流信號是通過芯片的第8腳輸出的，輸出的信號是電流信號，按上圖將匹配電阻接入電路，此時產生的電流信號跟匹配電阻輸出端的電壓是1：1的關系，這樣采集到的電壓值（既電流值）不需要換算，直接輸入到采集板卡，數據更穩定，更精確。此芯片只能用于小于3A電流測試。

3 結束語

電路設計中，電壓信號、電流信號都是最常見到的，現在設備都制作的精致，便于攜帶，往往都取消了模擬表頭。因此對需要采集的信號進行處理，信號在通過硬件處理后能夠滿足板卡采集要求。以上用到的芯片非常常見，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嘗試一下！

參考文獻

[1]趙保經.中國集成電路大全——CMOS集成電路[M].國防工業出版社，1985.