常见电路设计（一）

李百锋

摘 要：文章主要阐述了电压信号、电流信号硬件方面的处理和调制；通过硬件对这些信号的处理，处理后的波形能够直接通过板卡采集，通过换算显示在测试界面上。因此，对于工控机板卡采集和处理的信号参数带来了方便，提高了测试精度。

关键词：电压信号；电流信号；硬件处理

现在测试设备很多都是在向集成、综合方向发展，都需要在电脑上控制和采集各种信号，对以往的模拟电压表、电流表都很少用了，都是通过板卡采集、软件换算后显示在测试界面上。于是就对电路设计提出了更高的要求，有许多信号不能直接通过工控机的板卡直接采集，需要对一些信号通过硬件处理后采集。例如大于10V的电压信号、电流信号、不规则的波形信号等一些电路中出现的信号。

1 电压信号采集

如果测试设备采集的电压信号精度要求不是特别高的话，那就采用传统的电阻分压的方法（如图1）。通常电阻长时间通电，电阻的温度会升高导致电阻有微小的变化，因此高精度的电压采集不能通过这种方法采集。由于板卡采集的电压最大范围为±10V，故不能直接将超过此范围电压直接输入采集板卡里，为了解决此问题，需要将该电压降低后采集。电压采集主要采用传统的电阻分压采集如图1。此时采集到的电压为X= Y，然后将此公式反算回去即可求出输入电压，此公式为Y= X。通过软件编程界面上就可以显示出输入的实际电压。当然如果Y电压太大，通过R1和R2分压后X值还是大于10V，那就需要对R1和R2的电阻值进行合理的分配。如果需要高精度的电压，那需要专用的电压传感器和高精度的板卡。

图1 电压采集电路图

若信号（电压、波形等信号）仅仅是需要把幅值降低，而不需要具体数值的话，可以通过光电耦合器（6N136）芯片降压，通过光电耦合后除幅值降低外其它各种参数均未发生变化。信号输出的幅值大小可以通过调节R1和R2阻值的大小控制，但最大不会超过5V。如图2，这样采集板卡可以采集并处理信号中的各种参数。

2 电流信号采集

传统的电流采集是采集电流通过采样电阻时采样电阻之间的电压，用采集到的电压值除以该电阻值即为所测试的电流值（如图3），计算公式为I= 。该设备测试的电流范围为10mA～4A。实际电流为I= ，当测试大电流时，采样电阻R可以很小，对产品的内阻R1影响很小，实际测试到的电流为I0= ，但是由于电流偏大，采样电阻R会发热导致采样电阻R的值变化，采集到的电压也随之变化，此时计算的电流误差较大；当测试小电流时，如果还是用小电阻测试时，采集到的采样电压会很小，不能区分实际测试到的电压和板卡自身产生的漂移电压，误差将会很大；如果将采样电阻增大，采样电阻的阻值就不能忽略了，即将采样电阻与产品实际的阻值之和作为产品现在的阻值，实际的电流为I0= =I0= ，而我们需要I= ，I〉I0。于是测试出来的电流偏小，误差增大。同时因为采样电阻两端的电压也都超过±10V，不能直接采集。所以我们采用了专用测试电流的芯片MAX471。其电路图如图4。该芯片的内阻较小，不会影响到产品，并且测量精度高。

当电压信号通过芯片和负载时产生电流信号，此时电流信号是通过芯片的第8脚输出的，输出的信号是电流信号，按上图将匹配电阻接入电路，此时产生的电流信号跟匹配电阻输出端的电压是1：1的关系，这样采集到的电压值（既电流值）不需要换算，直接输入到采集板卡，数据更稳定，更精确。此芯片只能用于小于3A电流测试。

3 结束语

电路设计中，电压信号、电流信号都是最常见到的，现在设备都制作的精致，便于携带，往往都取消了模拟表头。因此对需要采集的信号进行处理，信号在通过硬件处理后能够满足板卡采集要求。以上用到的芯片非常常见，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尝试一下！

參考文献

[1]赵保经.中国集成电路大全——CMOS集成电路[M].国防工业出版社，1985.