CN114545297A - 一种量子测控设备连接监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种量子测控设备连接监控装置。该量子测控设备连接监控装置，包括分压和保护电路，运放与滤波电路，模拟数字信号转换电路ADC以及信号处理FPGA电路；所述分压和保护电路通过采集端口JP1采集AWG与线缆连接端的被测信号，消除外部干扰后选出有效信号，经放大及滤波处理，限制信号的有效带宽后转换为数字信号利用FPGA芯片监控数字信号的电平，如果AWG与线缆连接端的电平为1V且无抖动，则认为连接正常，否则则认为连接异常，并发出告警信息。该量子测控设备连接监控装置，结构简单，操作简便，实现了对AWG与线缆连接状态的自动监控，能够实时监控AWG与其他设备互连时的连接状态，避免因线缆与设备连接不紧导致的信号传输异常，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及电子与通信技术领域，特别涉及一种量子测控设备连接监控装置。
背景技术
AWG(任意波形发生器)是一种用于电子与通信技术领域的电子测量仪器，AWG可根据信号的参数不同进行设置，配合对应软件，方便的产生各种需要的基带、中频和射频信号。
常见信号源都具备50Ω输出阻抗。在高频情况下，信号源和电路板的连接一般采用以下形式：后级电路板具有50Ω输入阻抗(50Ω输出阻抗、50Ω电缆特征阻抗、50Ω电路输入阻抗实现标准的阻抗匹配)，在电路板的输入端实际只能得到信号源内部源的1/2电压。
AWG作为信号源，其内部输出阻抗为50Ω。正常使用时，AWG通过50Ω的线缆连接到设备端，为了阻抗匹配，设备端的输入阻抗也为50Ω。
日常使用中，通过线缆连接AWG与设备端时，若线缆没有按照设定的扭矩拧紧或者因为其他问题松了就会导致设备端接受到的信号是失真变形的。
为了保障PXIe机箱使用中AWG与其他设备互连时的有效性，解决因为线缆与设备连接不紧导致的信号传输异常的问题，本发明提出了一种量子测控设备连接监控装置。
本案方案仅可监控AWG与线缆之间是否有效连接！线缆与设备端无法监控！
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的量子测控设备连接监控装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种量子测控设备连接监控装置，其特征在于：包括分压和保护电路，运放与滤波电路，模拟数字信号转换电路ADC以及信号处理FPGA电路；
所述分压和保护电路通过采集端口JP1采集AWG与线缆连接端的被测信号，消除外部干扰后选出有效信号输入到运放与滤波电路；
所述运放与滤波电路对信号进行放大及滤波处理，限制信号的有效带宽，并将处理好的模拟信号输入到模拟数字信号转换电路ADC；
所述模拟数字信号转换电路ADC将模拟信号转换为数字信号；
所述信号处理FPGA电路读取模拟数字信号转换电路ADC输出的数字信号，利用FPGA芯片监控数字信号的电平，如果AWG与线缆连接端的电平为1V且无抖动，则认为AWG与线缆连接正常，否则则认为AWG与线缆连接异常，FPGA芯片发出告警信息，提示技术人员线缆异常，需要重新检查线缆问题。
所述分压和保护电路包括采集端口JP1，TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制)二极管D1，电阻R1，电阻R2，电容C1和二极管D2；所述TVS二极管D1，电阻R2，电容C1和二极管D2均并联到采集端口JP1，所述TVS二极管D1一端接地，另一端与电阻R2之间串联电阻R1；
AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，消除外部干扰并滤出低频信号后接入运放与滤波电路。
AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，TVS二极管D1消除外部有害干扰后经电阻R1与电阻R2分压衰减，经电阻R2与电容C1组成RC滤波电路选择出低频的有效信号SIG_INPUT，所述二极管D2用于防止有效信号有害的过冲干扰。
所述运放与滤波电路包括电阻R6，电阻R3，电阻R4，参考电源VREF，运放电路U1.1，电阻R5，电容C2和电容C3；
所述有效信号SIG_INPUT和参考电源VREF均连接到运放电路U1.1的同向输入端，利用参考电源VREF对有效信号SIG_INPUT的直流偏置电压进行调整；运放电路U1.1与电阻R5，电容C2组成运放放大电路，将调整后的有效信号SIG_INPUT放大与滤波，经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后接入模拟数字信号转换电路ADC。
所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述参考电源VREF经电阻R4也连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述电阻R5与电容C2组成滤波反馈电路，将运放电路U1.1的输出电压反馈到运放电路U1.1的反向输入端，所述运放电路U1.1的反向输入端经电阻R6接地，输出端经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后输出信号ADC_INPUT，接入模拟数字信号转换电路ADC，所述电容C3另一端接地。
所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3与电阻R4耦合后变为以参考电源VREF为基准点上下摆动的信号，实现对输入信号的直流偏置电压的调整；经过调整后的信号通过运放放大电路，将信号放大n倍，n＝R5/R6。
所述电容C2与电阻R5组成的滤波反馈电路在放大信号的同时滤除干扰，同时起到放大和滤波的功能；所述电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路用于限制信号的有效带宽，使得信号ADC_INPUT进入模拟数字信号转换电路ADC时更加纯净。
所述模拟数字信号转换电路ADC包括ADC模拟数字转换芯片U2，电源VCC和SPI总线，所述信号ADC_INPUT连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VIN引脚，所述电源VCC连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VDD引脚，所述ADC模拟数字转换芯片U2的GND引脚接地，CS引脚、SDO引脚和SCLK引脚通过SPI总线连接到信号处理FPGA电路。
本发明的有益效果是：该量子测控设备连接监控装置，结构简单，操作简便，实现了对AWG与线缆连接状态的自动监控，能够实时监控AWG与其他设备互连时的连接状态，避免因线缆与设备连接不紧导致的信号传输异常，适宜推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明量子测控设备连接监控装置电路结构示意图。
附图2为本发明分压和保护电路结构示意图。
附图3为本发明运放与滤波电路与模拟数字信号转换电路ADC结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
按照阻抗匹配要求，当信号源输出2VP-P的固定电平时，后级电路板的接受电平为1VP-P固定电平。若AWG与线缆互连异常，则AWG输出端，即AWG与线缆连接端的电平不是1V或者是在1V上下抖动。通过监控AWG与线缆连接端的电平即可判断AWG与线缆是否正常有线连接。
该量子测控设备连接监控装置，包括分压和保护电路，运放与滤波电路，模拟数字信号转换电路ADC以及信号处理FPGA电路；
所述分压和保护电路通过采集端口JP1采集AWG与线缆连接端的被测信号，消除外部干扰后选出有效信号输入到运放与滤波电路；
所述运放与滤波电路对信号进行放大及滤波处理，限制信号的有效带宽，并将处理好的模拟信号输入到模拟数字信号转换电路ADC；
所述模拟数字信号转换电路ADC将模拟信号转换为数字信号；
所述信号处理FPGA电路读取模拟数字信号转换电路ADC输出的数字信号，利用FPGA芯片监控数字信号的电平，如果AWG与线缆连接端的电平为1V且无抖动，则认为AWG与线缆连接正常，否则则认为AWG与线缆连接异常，FPGA芯片发出告警信息，提示技术人员线缆异常，需要重新检查线缆问题。
所述分压和保护电路包括采集端口JP1，TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制)二极管D1，电阻R1，电阻R2，电容C1和二极管D2；所述TVS二极管D1，电阻R2，电容C1和二极管D2均并联到采集端口JP1，所述TVS二极管D1一端接地，另一端与电阻R2之间串联电阻R1；
AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，消除外部干扰并滤出低频信号后接入运放与滤波电路。
AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，TVS二极管D1消除外部有害干扰后经电阻R1与电阻R2分压衰减，经电阻R2与电容C1组成RC滤波电路选择出低频的有效信号SIG_INPUT，所述二极管D2用于防止有效信号有害的过冲干扰。
所述运放与滤波电路包括电阻R6，电阻R3，电阻R4，参考电源VREF，运放电路U1.1，电阻R5，电容C2和电容C3；
所述有效信号SIG_INPUT和参考电源VREF均连接到运放电路U1.1的同向输入端，利用参考电源VREF对有效信号SIG_INPUT的直流偏置电压进行调整；运放电路U1.1与电阻R5，电容C2组成运放放大电路，将调整后的有效信号SIG_INPUT放大与滤波，经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后接入模拟数字信号转换电路ADC。
所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述参考电源VREF经电阻R4也连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述电阻R5与电容C2组成滤波反馈电路，将运放电路U1.1的输出电压反馈到运放电路U1.1的反向输入端，所述运放电路U1.1的反向输入端经电阻R6接地，输出端经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后输出信号ADC_INPUT，接入模拟数字信号转换电路ADC，所述电容C3另一端接地。
所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3与电阻R4耦合后变为以参考电源VREF为基准点上下摆动的信号，实现对输入信号的直流偏置电压的调整；经过调整后的信号通过运放放大电路，将信号放大n倍，n＝R5/R6。
所述电容C2与电阻R5组成的滤波反馈电路在放大信号的同时滤除干扰，同时起到放大和滤波的功能；所述电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路用于限制信号的有效带宽，使得信号ADC_INPUT进入模拟数字信号转换电路ADC时更加纯净。
所述模拟数字信号转换电路ADC包括ADC模拟数字转换芯片U2，电源VCC和SPI总线，所述信号ADC_INPUT连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VIN引脚，所述电源VCC连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VDD引脚，所述ADC模拟数字转换芯片U2的GND引脚接地，CS引脚、SDO引脚和SCLK引脚通过SPI总线连接到信号处理FPGA电路。
该量子测控设备连接监控装置，AWG输出DC电平2V，利用AWG内部FPGA芯片监测AWG与线缆连接端的电平，若AWG与线缆连接端的电平为1V且无抖动，则认为AWG与线缆连接正常，否则则认为AWG与线缆连接异常，FPGA芯片发出告警信息，提示技术人员进行处理。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种量子测控设备连接监控装置，其特征在于：包括分压和保护电路，运放与滤波电路，模拟数字信号转换电路ADC以及信号处理FPGA电路；
所述分压和保护电路通过采集端口JP1采集AWG与线缆连接端的被测信号，消除外部干扰后选出有效信号输入到运放与滤波电路；
所述运放与滤波电路对信号进行放大及滤波处理，限制信号的有效带宽，并将处理好的模拟信号输入到模拟数字信号转换电路ADC；
所述模拟数字信号转换电路ADC将模拟信号转换为数字信号；
所述信号处理FPGA电路读取模拟数字信号转换电路ADC输出的数字信号，利用FPGA芯片监控数字信号的电平，如果AWG与线缆连接端的电平为1V且无抖动，则认为AWG与线缆连接正常，否则则认为AWG与线缆连接异常，FPGA芯片发出告警信息，提示技术人员线缆异常，需要重新检查线缆问题。
2.根据权利要求1所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述分压和保护电路包括采集端口JP1，TVS二极管D1，电阻R1，电阻R2，电容C1和二极管D2；所述TVS二极管D1，电阻R2，电容C1和二极管D2均并联到采集端口JP1，所述TVS二极管D1一端接地，另一端与电阻R2之间串联电阻R1；
AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，消除外部干扰并滤出低频信号后接入运放与滤波电路。
3.根据权利要求2所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：AWG与线缆连接端的被测信号经所述采集端口JP1进入分压和保护电路，TVS二极管D1消除外部有害干扰后经电阻R1与电阻R2分压衰减，经电阻R2与电容C1组成RC滤波电路选择出低频的有效信号SIG_INPUT，所述二极管D2用于防止有效信号有害的过冲干扰。
4.根据权利要求3所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述运放与滤波电路包括电阻R6，电阻R3，电阻R4，参考电源VREF，运放电路U1.1，电阻R5，电容C2和电容C3；
所述有效信号SIG_INPUT和参考电源VREF均连接到运放电路U1.1的同向输入端，利用参考电源VREF对有效信号SIG_INPUT的直流偏置电压进行调整；运放电路U1.1与电阻R5，电容C2组成运放放大电路，将调整后的有效信号SIG_INPUT放大与滤波，经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后接入模拟数字信号转换电路ADC。
5.根据权利要求4所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述参考电源VREF经电阻R4也连接到运放电路U1.1的同向输入端，所述电阻R5与电容C2组成滤波反馈电路，将运放电路U1.1的输出电压反馈到运放电路U1.1的反向输入端，所述运放电路U1.1的反向输入端经电阻R6接地，输出端经电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路后输出信号ADC_INPUT，接入模拟数字信号转换电路ADC，所述电容C3另一端接地。
6.根据权利要求5所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述有效信号SIG_INPUT经电阻R3与电阻R4耦合后变为以参考电源VREF为基准点上下摆动的信号，实现对输入信号的直流偏置电压的调整；经过调整后的信号通过运放放大电路，将信号放大n倍，n＝R5/R6。
7.根据权利要求5所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述电容C2与电阻R5组成的滤波反馈电路在放大信号的同时滤除干扰，同时起到放大和滤波的功能；所述电阻R7和电容C3组成的RC滤波电路用于限制信号的有效带宽，使得信号ADC_INPUT进入模拟数字信号转换电路ADC时更加纯净。
8.根据权利要求6或7所述的量子测控设备连接监控装置，其特征在于：所述模拟数字信号转换电路ADC包括ADC模拟数字转换芯片U2，电源VCC和SPI总线，所述信号ADC_INPUT连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VIN引脚，所述电源VCC连接到ADC模拟数字转换芯片U2的VDD引脚，所述ADC模拟数字转换芯片U2的GND引脚接地，CS引脚、SDO引脚和SCLK引脚通过SPI总线连接到信号处理FPGA电路。
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