70 | 电子制作 2019年04月
0 引言
本设计用于在应变测量电路中将多路应变计模拟信号使用同一调理电路进行滤波、放大处理，其优点是在满足测量速度和精度的前提下大大降低设备成本。 1 设计原理
在利用惠斯通桥来实现信号测量的电路中，信号输入接口的设计需要考虑两个主要因素：一是如何将惠斯通桥的模拟信号通过输入接口稳定、不失真的接入到测量仪；二是如何通过输入接口给整个桥路提供所需的桥压。如何将这些融入到信号接口的设计中我们先来了解一下惠斯通电桥的原理，电桥原理如图1
毛毡包所示。滤波装置
图1 惠斯通电桥原理图
在图1中R 1和R 2的阻值为120Ω，R 3和R 4的阻值为10KΩ，R 1是应变片电阻，在应变片受到应力作用时R 1的阻值会发生相应变化，R 2、R 3和R 4是定值精密电阻。E 是桥路电压，电路设计中在测量仪的内部使用了高精度的稳压芯片，为电桥提供高品质的桥压。ΔU 是当电桥平衡发生变化时桥路的输出电压，即应变片测量到的模拟信号。由于ΔU 在输入测量仪后要进行放大、A/D 转换等一系列的信号调理过程，所以在设计中我们的做法是将电桥与测量仪的调理电路短接，即实现模拟信号共地，这样便将电桥和调理电路的处于同一基准。
众所周知，工业生产中的公差是不可避免的，在应变计的生产中也是如此，应变计的公差体现在标称相同阻值的产品的实际阻值也有差别。这些公差对于小信号测量的应变测量系统就会产生很大的影响，会改变桥路的初始平衡。因此在应变计的选择上应尽量选择高精度的应变计，目前高精度测量中使用的应变计是A 级120Ω的规格，±0�1%的公差。通过以上的介绍及图1所示的惠斯登电桥的结构可知，R 1、R 2对桥路电流的影响可仪忽略不计。由于采用的是1/4桥结构，所以桥臂上其他三个固定阻值的电阻（R 2、R 3、R 4）被放置在测量仪内部。这种设计可以减少桥路连接线的使用，从而可以降低电磁环境对桥路的干扰，同样也可以减少人为因素对测量结果的干扰。
2 常见的连接器
图1中r 表示导线电阻，在短距离测量时r 的阻值可以忽略不计，但远距离（10M 以上）测量时导线电阻r 就会影响到电桥的初始平衡。为了消除r 的影响，使用三线制的1/4桥接法是一个简便易行的方式。如图1所示，B 和D 作为电桥的两个输出端是桥平衡变化的直接反应。D 点被设计在采集板卡上， B 点位于应变片端，由导线接入采集板卡。综上所述，我们可以看到每个应变片由三根导线接入测量板卡，它们分别是电源线、接地线和B 点的接入线。前面提到
过本设计要求多路测量通道使用同一调理电路，我们最终确定16通道共用一路调理电路，并将16路通道集成在同一接口上，所以每台采集仪的测量电路共需要48根导线，所以，对应的连接端子也需要48个。综合以上考虑，本设计选取了50针的DB50接口，即可满足系统对接口通道的需求。 通过以往的设计经验，Amphenol 所提供的军品级的DB50连接器无论是稳定性和抗干扰能力均可满足本设计的要求。Amphenol 的DB50连接器的连接部分均进行了镀金处理，因此其阻值不到2mΩ，这样的阻值足以保证信号传输过程中无衰减，这一点对小信号测量至关重要。Amphenol 的DB50连接器可在-55℃～105℃的工作温度和85%RH 的环境湿度下保持性能稳定。为了节约市场调研的时间和人力成本我们决定在本设计中就使用（如图2所示）。
一种基于ADG426多路模拟开关的
模拟信号输入接口设计
胡旭
（中国飞机强度研究所，陕西西安，710065）
摘要：多路模拟量测量需要复杂的调理电路。调理电路应满足低温漂、零漂与高精度的要求。AD转换器精度往往达到24位，成本昂贵。提出了一种使用多路模拟开关，多通道测量复用一路调理电路的方法，给出了器件选型依据与原理图。经过测量验证，使用多路模拟开关在精度、速度、稳定性上可满足高精度测量要求。关键词：多路模拟开关；ADG426；AD转换
糖尿病检测仪DOI:10.16589/jki11-3571/tn.2019.07.026
电子测量
图2 本设计中的Amphenol DB50连接器
3 多路模拟开关的选择
如前所述，本设计在保证测量品质的同时也比较关注成本，16路测量通道共用同一A/D转换电路和调
理电路，因此16路测量通道的切换需要使用多路模拟开关，以完成所有通道的采样。本设计选用的模拟开关是AD公司的ADG426。
多路模拟开关的作用
输送带接头设备是快速、稳定的切换多个测
量通道对于开关的切换速
度要求较高。ADG426的开
关速度为150ns到160ns
之间，对于我们10Hz的系
统测量速度要求完全可以
满足，既可快速切换，又可
以使信号足够稳定。ADG426的适用性可满足本设计要求，其耐受电压可以达到44V，对于不同的供电电源均可使用，且可用单/双电源操作。其模拟信号的输入范围可以是VSS 与VDD之间，最大的导
通电阻为80Ω。ADG426的优异性能源于其独特的IC2MOS工艺，其在继承了传统的CMOS 生产和后来的双极CMOS兼容工艺的优点的同时还具有高速、稳定、精度高，良好的温度、湿度环境适应性，虽然相较以前的产品具有更好的驱动能力，但是功耗确远低于以前的产品。ADG426的接通方式是先开后合，这样可以有效的避免切换通道时发生瞬间短路，因此我们不难看出ADG426是一款非常适用于数据采集和自动化控制领域的应用。
前面我们选用的DB50连接件，且每3针组成一个测量通道，每个连接件上集成了16个测量通道，ADG426多路模拟开关的单片通道数也是16个。
ADG426多路模拟开关的原理图分别如图3所示。
ADG426的操作时序图如图4
所示。
图4 ADG426时序图
通过图4描述的我们可以看到ADG426是如何通过电平敏感信号切换其自身的16个通道，如何确认地址，如何读取信号，其中的逻辑关系和先后次序一目了然。
综上所述，我们可以比较清楚的了解到ADG426芯片的工作原理和技术性能。通过模拟开关的切换可以将16路通道的模拟量准确的传送至调理电路，对于测量速度要求不是很高的用户完全可以满足要求。
4 结束语
本文所阐述的模拟信号输入接口的设计不仅考虑到测量系统的精度和速度要求，也很关注对系统成本的控制。解决了多通道共用同一调理电路时通道切换的关键问题，在硬件的选择上不仅将16路测量通道合理的集成在同一插座上，也在模拟开关的使用上到了合理的解决方案。
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西安电子科技大学出版社，2011，2图3 ADG426原理图
（上接第77页）
刚萌芽，还需要进一步的完善，这需要计算机领域和物流领域的相关人员的共同努力。
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