模擬量采集異常分析

高浩 施辰光

摘 要：為解決系統調試時位差beta值超差的問題，文章對控制處理模塊的AD采集電路進行分析，改進了測試方法，減少了系統級的故障率。

關鍵詞：模擬量;AD

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）01-001-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.001

計算機系統中，模擬量、數字量的采集與輸出是最基本的功能，這些信號經系統處理后發出相應的控制信號對其他系統進行控制，因此模擬量、數字量的采集與輸出發生異常時，會影響整個系統的功能。

某伺服系統調試時，相位差beta值超差，分析數據發現該故障是由控制處理模塊相應輸出信號異常引起的。

1 故障定位

1.1 產品工作原理

控制處理模塊由F2812為中心的主處理單元、時鐘及復位電路、CPLD電路、AD電路、PWM接口電路、串行接口、LDO線性穩壓器等電路組成。

控制處理模塊接收處理外部輸入的4路模擬量信號，即CSIN、CCOS、JSIN、JCOS，信號特性為800Hz正弦信號，信號峰峰值最大±6V。外部輸入的4路模擬量信號經過運放調理電路調理后，經過RC濾波電路到ADC芯片ADS8364進行模擬轉換。AD電路工作原理圖如圖1所示[1]。

AD測試軟件工作原理如下：

DSP啟動ADC芯片開始模擬轉換;

DSP啟動定時器，定時周期為10ms;

在DSP定時中斷服務程序中，對4路模擬量信號進行順序采集;

當每個通道采集200個數后，關閉中斷。

AD測試軟件根據采集到的數據進行各類測試計算，并對結果進行評判。

1.2 故障分析

通過對控制處理模塊AD電路的分析，可能產生的故障原因如下：

AD轉換芯片ADS8364故障;

AD前端運放電路AD8606故障;

前端運放調理電路電阻故障;

前端運放調理電路電容故障。

進一步分析可知，AD轉換芯片ADS8364同時處理4路模擬量信號，其余3路均正常，因此可排除ADS8364故障的可能;運放AD8606同時處理2路模擬量信號，除故障通路外，另一路工作正常，因此可排除AD8606故障的可能;使用萬用表對前端運放調理電路電阻進行測量，未見異常，通過外部輸入直流信號測量運放電壓輸出，結果正常，可以排除電阻故障的可能。

在AD電路前端注入正弦信號，信號幅度為+6V，偏置電壓為0V，頻率為800Hz，通過控制處理模塊AD電路后的輸出結果如圖2所示。

針對輸出結果，結合硬件電路的邏輯圖進行分析可知，CSIN、CCOS、JSIN、JCOS通道的運放局部電路、電容調理電路所選用的器件型號、廠家均一致，理論上測得的數值一致性會比較好，但是根據測試結果，CSIN通道數值比其他通道小0.1左右。通過計算，輸出的波形幅度要比其余通道幅值低約100毫伏，故此部分電路輸出差異造成系統相位差beta值超差的可能性無法排除。為準確定位故障電容，在板對電容的容值進行測量，測量結果表明CSIN通道調理電容容值相對于其余通道的容值較大。

理論分析認為，容值大會造成交流測試結果的幅度值偏低[2]，輸出幅度偏差較大會引起系統相位差beta值超差。

2 機理分析

2.1 采集工作原理

以CSIN通道為例，其余通道信號的局部電路與其基本一致。差分信號CSIN+和CSIN-經過運算放大器AD8606后產生信號CSIN。該信號經過一級RC濾波后進入AD芯片的CHB0+管腳，其中電容C3與AGND相連，C26與AD1REF相連，AD芯片的CHB0-管腳連接AD1REF（2.5V）。

2.2 故障機理分析

根據通道數據采集工作原理，從運放AD8606的輸出端至AD芯片ADS8364的輸入端之間的電路相當于一個RC低通濾波電路[3]。根據RC低通濾波電路的特性，當電容減小時，其兩端分壓會增大[4]，如圖3所示。

按照原理圖在仿真軟件NI multisim中建立了如圖4所示的電路，并對其進行了仿真（輸入條件：信號源頻率800Hz，峰峰值為5.00V，偏置電壓為2.5V）。

通過改變電路中C3（對應控制板中的C26電容）的電容值，當C3容值為0.1uF時，檢測到的CSIN信號的峰峰值為3.51V;當C3容值為0.01uF時，檢測到的CSIN信號的峰峰值為4.38V;當C3容值為0.001uF時，檢測到的CSIN信號的峰峰值為4.46V。

因此，可以確定系統相位差beta值超差是由前端運放調理電路電容故障引起的。

3 后續處理

針對AD交流測試指標進行研究后，修改控制處理模塊測試方法，對模擬量采集電路進行專門的交流測試，即：對AD電路注入規定頻率和幅度的交流后，對采集結果進行判斷，符合預期要求則認為模塊工作正常，否則認為模塊存在缺陷，需進行維修處理。

4 結語

模擬量采集和處理作為控制處理模塊的基本功能，會直接影響整個系統的正常運行，因此在設計與測試階段應進行充分、有效的測試，防止故障產品流入下一環節。

參考文獻

[1] 楊光，魯新龍.2S83A及精粗組合算法簡介[J].山西電子技術，2009（2）：12-14.

[2] 李寶龍，李寶珺.高精度數字化軸角轉換器的設計[J].科技咨詢，2011（19）：26-28.

[3] 郜開開，王佳民，王卿.基于導引頭控制系統的狀態觀測器的應用[J].系統仿真學報，2013（12）：33-35.

[4] 劉學軍，劉昌權，肖福勤，等.雙通道多級旋轉變壓器誤差補償的研究分析[J].工業控制計算機，2010（11）：62-64.