CN115776300A - 一种模数转换器的检测电路、检测方法和数据采样*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种模数转换器的检测电路、检测方法和数据采样***。模数转换器的检测电路包括：第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；第二模数转换器用于根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号；控制模块与第一模数转换器和第二模数转换器通信连接，控制模块用于根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障。本发明实现了模数转换器的故障监测，有助于确保模数转换器输出数据的有效性，使得控制模块能够及时输出报警信息，从而提高模数转换器的可靠性。

Description

一种模数转换器的检测电路、检测方法和数据采样***

技术领域

本发明实施例涉及检测技术领域，尤其涉及一种模数转换器的检测电路、检测方法和数据采样***。

背景技术

随着自动化的应用场合越来越多，数据的采集和现场的控制多依赖于仪表，所以工业现场环境的安全稳定可靠变得更加重要。但在环境恶劣的工业现场，很容易造成仪表硬件故障，这样就会造成测量的误差，甚至输出错误的值，影响到工业现场的安全。

现有模数转换器(Analog To Digital Converter，ADC)进行数据采样时，一般将输入电压经过模拟开关、增益放大器和模数转换器进行处理后，通过串行接口将处理后的数据送至控制模块。在这个过程中，任何一个步骤出现错误，都会导致采样数据的错误，这种情况下，就需要确保采样过程中，这些步骤都是正常的，从而确保输出有效的采样数据。除内部模数转换器的故障之外，模数转换器通道间的引脚短路，也可能导致采样数据出现错误。

现有的模数转换器无法确保输出数据的有效性，难以监测模数转换器的故障。

发明内容

本发明实施例提供了一种模数转换器的检测电路、检测方法和数据采样***，实现了模数转换器的故障监测，有助于确保模数转换器输出数据的有效性，有效监测模数转换器的故障，能够及时输出报警信息，从而提高模数转换器的可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种模数转换器的检测电路，包括：第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；第一模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，第一模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端，第一模数转换器用于根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号；第二模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，第二模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端，第二模数转换器用于根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号；控制模块与第一模数转换器和第二模数转换器通信连接，控制模块用于根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障。

可选的，第一模数转换器和第二模数转换器的增益放大倍数相同；根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障，包括：在第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定第一模数转换器或第二模数转换器出现第一类故障；其中，第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

可选的，模数转换器的检测电路还包括：第一退耦模块、第二退耦模块、第三退耦模块和第四退耦模块；第一退耦模块连接于第一模数转换器的第一模拟信号输入端和第一采样信号端之间，第二退耦模块连接于第一模数转换器的第二模拟信号输入端和第二采样信号端之间，第三退耦模块连接于第二模数转换器的第一模拟信号输入端和第一采样信号端之间，第四退耦模块连接于第二模数转换器的第二模拟信号输入端和第二采样信号端之间；第一退耦模块和第三退耦模块用于减小第一模数转换器的第一模拟信号输入端和第二模数转换器的第一模拟信号输入端之间的信号耦合，第二退耦模块和第四退耦模块用于减小第一模数转换器的第二模拟信号输入端和第二模数转换器的第二模拟信号输入端之间的信号耦合。

可选的，第一退耦模块包括第一电阻，第二退耦模块包括第二电阻，第三退耦模块包括第三电阻，第四退耦模块包括第四电阻；第一电阻连接于第一模数转换器的第一模拟信号输入端和第一采样信号端之间，第一电阻连接于第一模数转换器的第二模拟信号输入端和第二采样信号端之间，第一电阻连接于第二模数转换器的第一模拟信号输入端和第一采样信号端之间，第一电阻连接于第二模数转换器的第二模拟信号输入端和第二采样信号端之间。

可选的，第一模数转换器中设置有增益放大器和数据寄存器，模数转换器的检测电路还包括数模转换器；数模转换器的模拟信号输出端连接第一模数转换器的第三模拟信号输入端，第一模数转换器的第四模拟信号输入端接地，第一模数转换器还用于根据自身的第三模拟信号输入端和第四模拟信号输入端的差分电压得到第三输入信号；控制模块与数模转换器通信连接，控制模块还用于控制数模转换器依次输出不同倍数的目标电压，通过第一模数转换器采集数模转换器的输出电压得到对应的第三输入信号，并通过数据寄存器依次存储各个第三输入信号对应的二进制代码，以使二进制代码每一位的数值均发生变化；控制模块还用于根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器是否出现第二类故障；其中，第二类故障包括第一模数转换器的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种；其中，目标电压包括0.01302V，不同倍数的目标电压依次包括目标电压的1倍、2倍、4倍、6倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍、1倍。

可选的，根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器是否出现第二类故障，包括：当数据寄存器存储的二进制代码的预设高位的数值未在0和1之间发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码的预设高位的数值不正确时，确定第一模数转换器出现第二类故障；其中，预设高位为二进制代码的前n位，n小于二进制代码的总位数，且n与第一模数转换器的精度相关。

第二方面，本发明实施例提供了一种模数转换器的检测方法，适用于模数转换器的检测电路，模数转换器的检测电路包括：第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；第一模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，第一模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端；第二模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，第二模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端；控制模块与第一模数转换器和第二模数转换器通信连接；模数转换器的检测方法包括：通过第一模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号；通过第二模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号；通过控制模块根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障。

可选的，根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障，包括：在第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定第一模数转换器或第二模数转换器出现第一类故障；其中，第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

可选的，第一模数转换器中设置有增益放大器和数据寄存器，模数转换器的检测电路还包括数模转换器；数模转换器的模拟信号输出端连接第一模数转换器的第三模拟信号输入端，第一模数转换器的第四模拟信号输入端接地，第一模数转换器还用于根据自身的第三模拟信号输入端和第四模拟信号输入端的差分电压得到第三输入信号；控制模块与数模转换器通信连接；模数转换器的检测方法还包括：通过控制模块控制数模转换器依次输出不同倍数的目标电压，通过第一模数转换器采集数模转换器的输出电压得到对应的第三输入信号，并通过数据寄存器依次存储各个第三输入信号对应的二进制代码，以使二进制代码每一位的数值均发生变化；通过控制模块根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器是否出现第二类故障；其中，第二类故障包括第一模数转换器的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种。

第三方面，本发明实施例提供了一种数据采样***，包括第一方面的模数转换器的检测电路。

本发明实施例提供的模数转换器的检测电路，包括第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；通过控制模块比较第一模数转换器测得的第一输入信号和第二模数转换器测得的第二输入信号的电压差值，可以检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障，实现了模数转换器的故障监测，有助于确保模数转换器输出数据的有效性，使得控制模块能够及时输出报警信息，从而提高模数转换器的可靠性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1是本发明实施例提供的一种模数转换器的检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种模数转换器的检测方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种模数转换器的检测电路，本实施例可适用于检测模数转换器故障的情况。图1是本发明实施例提供的一种模数转换器的检测电路的结构示意图。如图1所示，该模数转换器的检测电路包括：第一模数转换器10、第二模数转换器20和控制模块30。

第一模数转换器10的第一模拟信号输入端AIN1_1连接第一采样信号端RIN_1，第一模数转换器10的第二模拟信号输入端AIN1_2连接第二采样信号端RIN_2，第一模数转换器10用于根据自身的第一模拟信号输入端AIN1_1和第二模拟信号输入端AIN1_2的差分电压得到第一输入信号。

第二模数转换器20的第一模拟信号输入端AIN2_1连接第一采样信号端RIN_1，第二模数转换器20的第二模拟信号输入端AIN2_2连接第二采样信号端RIN_2，第二模数转换器20用于根据自身的第一模拟信号输入端AIN2_1和第二模拟信号输入端AIN2_2的差分电压得到第二输入信号。

控制模块30与第一模数转换器10和第二模数转换器20通信连接，控制模块30用于根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器10或第二模数转换器20是否出现故障。

第一模数转换器10和第二模数转换器20包括逐次逼近型、积分型和压频变换型的模数转换器。可理解的是，第一模数转换器10和第二模数转换器20的型号相同，参数配置相同。示例性的，当第一模数转换器10为逐次逼近型ADC时，第二模数转转换器也为逐次逼近型ADC，且外部设置的参数也相同。例如，第一模数转换器10和第二模数转换器20的增益放大倍数应该设置为相同倍数。

控制模块30可以包括微控制单元。可选的，控制模块30可以包括单片机，还可以包括数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或者现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)。控制模块30与第一模数转换器10和第二模数转换器20通信的方式可以是SPI通信。图1中示意给出了第一模数转换器10和第二模数转换器20通过SPI通信与控制模块30进行数据交换的情况。SPI的通信原理是以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备。SPI接口包括四个接线端口，分别是主设备数据输入信号或者从设备数据输出信号端MISO、主设备数据输出或者从设备数据输入端MOSI、时钟信号端SCLK、第一片选信号端CS_1和第二片选信号端CS_2。可理解的是，本实施例中，第一模数转换器10和第二模数转换器20为从设备，控制模块30为主设备。

下面对模数转换器的检测电路的工作原理进行说明。示例性的，当模数转换器的检测电路工作时，第一模数转换器10和第二模数转换器20同时检测第一采样信号端RIN_1和第二采样信号端RIN_2的输入信号。第一模数转换器10测量自身的第一模拟信号输入端AIN1_1和第二模拟信号输入端AIN1_2的差分电压，可测得输入信号的电压值，得到第一输入信号。第二模数转换器20测量自身的第一模拟信号输入端AIN2_1和第二模拟信号输入端AIN2_2的差分电压，可测得输入信号的电压值，得到第二输入信号。当第一模数转换器10和第二模数转换器20均未出现故障时，第一模数转换器10和第二模数转换器20测得的输入信号的电压值接近，第一输入信号和第二输入信号的电压差值较小，例如，第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值小于或等于预设电压差值，此时控制模块30可以输出非故障信号；当第一模数转换器10或第二模数转换器20出现故障时，第一输入信号和第二输入信号的电压差值较大，例如，第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于预设电压差值，此时控制模块30可以输出故障信号。其中，预设电压差值的大小可以根据第一模数转换器10和第二模数转换器20规定的安全精度进行设置。

本发明实施例提供的模数转换器的检测电路，包括第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；通过控制模块比较第一模数转换器测得的第一输入信号和第二模数转换器测得的第二输入信号的电压差值，可以检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障，实现了模数转换器的故障监测，有助于确保模数转换器输出数据的有效性，使得控制模块能够及时输出报警信息，从而提高模数转换器的可靠性。

图2是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测电路的结构示意图，基于上述实施方式进一步优化与扩展。

如图2所示，可选的，第一模数转换器10和第二模数转换器20的增益放大倍数相同。

具体的，通过设置第一模数转换器10和第二模数转换器20的增益放大倍数相同，可以保证第一模数转换器10和第二模数转换器20均未发生故障时，第一输入信号和第二输入信号的电压差值较小。换句话说，通过设置第一模数转换器10和第二模数转换器20的增益放大倍数相同，可以保证第一模数转换器10和第二模数转换器20输出的数字信号接近。

控制模块30具体用于：在第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定第一模数转换器10或第二模数转换器20出现第一类故障。

其中，第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

设定量程可以是小于等于第一模数转换器10满量程的任意设定量程或小于等于第二模数转化器20满量程的任意设定量程。可以理解的是，第一模数转换器10和第二模数转换器20的满量程相同。其中，满量程指的是ADC所能转换模拟信号的电压范围。

预设百分比可以是大于零小于100％的任意百分数。示例性的，预设百分比可以是2％。作为一种可选的实施方案，当第一模数转化器10和第二模数转换器20的满量程为-10V至10V时，设定量程可以是0V至5V，预设百分比可以是2％。换句话说，当|V1-V2|>0.1V时，确定第一模数转换器10或第二模数转换器20出现第一类故障。其中，V1表示第一输入电压的电压值，V2表示第二输入电压的电压值。

模数转换器的检测电路还包括：第一退耦模块100、第二退耦模块200、第三退耦模块300和第四退耦模块400。

第一退耦模块100连接于第一模数转换器10的第一模拟信号输入端AIN1_1和第一采样信号端RIN_1之间，第二退耦模块200连接于第一模数转换器10的第二模拟信号输入端AIN1_2和第二采样信号端RIN_2之间，第三退耦模块300连接于第二模数转换器20的第一模拟信号输入端AIN2_1和第一采样信号端RIN_1之间，第四退耦模块400连接于第二模数转换器20的第二模拟信号输入端AIN2_1和第二采样信号端RIN_2之间。

第一退耦模块100和第三退耦模块300用于减小第一模数转换器10的第一模拟信号输入端和第二模数转换器20的第一模拟信号输入端之间的信号耦合，第二退耦模块200和第四退耦模块400用于减小第一模数转换器10的第二模拟信号输入端和第二模数转换器20的第二模拟信号输入端之间的信号耦合。

第一退耦模块100包括第一电阻R1，第二退耦模块200包括第二电阻R2，第三退耦模块300包括第三电阻R3，第四退耦模块400包括第四电阻R4。

第一电阻R1连接于第一模数转换器10的第一模拟信号输入端AIN1_1和第一采样信号端RIN_1之间，第二电阻R2连接于第一模数转换器10的第二模拟信号输入端AIN1_2和第二采样信号端RIN_2之间，第三电阻R3连接于第二模数转换器20的第一模拟信号输入端AIN2_1和第一采样信号端RIN_1之间，第四电阻R4连接于第二模数转换器20的第二模拟信号输入端AIN2_2和第二采样信号端RIN_2之间。

若采样过程中第一模数转换器10的第一模拟信号输入端口AIN1_1和第一模数转换器10的第二模拟信号输入端AIN1_2之间出现了被短路的情况，由于第一模数转换器10的采样经过了第一电阻R1和第二电阻R2的退耦，第二模数转换器20的采样值不会被影响。若采样过程中第二模数转换器20的第一模拟信号输入端口AIN2_1和第二模数转换器20的第二模拟信号输入端AIN2_2之间出现了被短路的情况，由于第二模数转换器20的采样经过了第三电阻R3和第四电阻R4的退耦，第一模数转换器10的采样值不会被影响。

模数转换器的检测电路还包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。

第五电阻R5的第一端连接至第二电阻R2的第一端，第五电阻R5第二端连接至第一模数转换器10的参考基准输出端REF；第六电阻R6的第一端连接至第二电阻R2的第一端，第六电阻R6的第二端接地GND。

第一电容C1第一端连接于第一模数转换器10的第一模拟信号输入端AIN1_1和接地端GND之间，第一电阻R1和第一电容C1组成第一滤波单元；第二电容C2连接于第一模数转换器10的第二模拟信号输入端AIN1_2和接地端GND之间，第二电阻R2和第二电容C2组成第二滤波单元；第三电容C3连接于第二模数转换器20的第一模拟信号输入端AIN2_1和接地端GND之间，第三电阻R3和第三电容C3组成第三滤波单元；第四电容C4连接于第二模数转换器20的第二模拟信号输入端AIN2_2和接地端GND之间，第四电阻R4和第四电容C4组成第四滤波单元。

第一模数转换器10的参考基准输出端口REF用来输出恒定电压，输出的恒定电压用来给输入信号提供采样所需的偏置电压。恒定电压可以由第一模数转换器10的内部基准输出，也可以由其他电路产生。示例性的，第一模数转换器的输出的恒定电压为2.5V。第一模数转换器10的第一模拟信号输入端AIN1_1和第二模拟信号输入端AIN1_2组成差分输入端，用来测量差分电压；第一模数转换器10的第三模拟信号输入端AIN1_3和第四模拟信号输入AIN1_4组成差分输入端，用来测量差分电压。第二模数转换器20的第一模拟信号输入端AIN2_1和第二模拟信号输入端AIN2_2组成差分输入端，用来测量差分电压。

第一模数转换器10中设置有增益放大器和数据寄存器，模数转换器的检测电路还包括数模转换器40；数模转换器40的模拟信号输出端连接第一模数转换器10的第三模拟信号输入端AIN1_3，第一模数转换器10的第四模拟信号输入端AIN1_4接地GND，第一模数转换器10还用于根据自身的第三模拟信号输入端AIN1_3和第四模拟信号输入端AIN1_4的差分电压得到第三输入信号。

模数转换器的检测电路还包括：第七电阻R7和第八电阻R8。第七电阻R7连接于第一模数转换器10的第一片选信号端CS_1和接地端GND之间，第八电阻R8连接于第二模数转换器20的第二片选信号端CS_2和接地端GND之间。当控制模块30和第一模数转换器10通信时，控制模块30需要将第一模数转换器10的片选信号端CS_1拉低(一般低电平有效)；当控制模块30和第二模数转换器20通信时，控制模块30需要将第二模数转换器20的第二片选信号端CS_2拉低。

控制模块30与数模转换器40通信连接，控制模块30还用于控制数模转换器40依次输出不同倍数的目标电压，通过第一模数转换器10采集数模转换器40的输出电压得到对应的第三输入信号，并通过数据寄存器依次存储各个第三输入信号对应的二进制代码，以使二进制代码每一位的数值均发生变化。可以理解的是，数据寄存器一次只能存储一个第三输入信号的二进制代码，即数据寄存器用来暂时存放计当前转换的第三输入信号的二进制代码，前面已经转换的第三输入信号的二进制代码会保存在控制模块30的随机存取存储器(random access memory，RAM)中，直至不同倍数的目标电压全部测量完成，控制模块30会根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器10是否出现第二类故障。

控制模块30还用于根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器10是否出现第二类故障；其中，第二类故障包括第一模数转换器10的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种。

其中，目标电压包括0.01302V，不同倍数的目标电压依次包括目标电压的1倍、2倍、4倍、6倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍、1倍。

控制模块30具体用于：当数据寄存器存储的二进制代码的预设高位的数值未在0和1之间发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码的预设高位的数值不正确时，确定第一模数转换器10出现第二类故障。

其中，预设高位为二进制代码的前n位，n小于二进制代码的总位数，且n与第一模数转换器10的精度相关。

具体的，数模转换器40和控制模块30通过I2C总线进行数据交换。换句话说，数模转换器40和控制模块30通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL进行数据交换。控制模块30与第一模数转换器10和第二模数转换器20通过SPI通信进行数据交换。SPI接口包括四个接线端口，分别是主设备数据输入信号或者从设备数据输出信号端MISO、主设备数据输出或者从设备数据输入端MOSI、时钟信号端SCLK、第一片选信号端CS_1和第二片选信号端CS_2。

具体的，配置数模转换器40使其输出的目标电压为0.01302V，控制模块30分别控制数模转换器40的输出电压为目标电压的1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍、1倍时，配置第一模数转换器10的第三模拟信号输入端AIN1_3为正端输入,第一模数转换器10的第四模拟信号输入端AIN_4为负端输入，且当第一模数转换器10未出现第二类故障，第一模数转换器的输出的恒定电压为2.5V，输出为24位二进制数时(最高位为符号位)，转换的数字量＝(目标电压/恒定电压)*2²³。

相应的，第一模数转换器10的数据寄存器存储的二进制代码，以及二进制代码对应的十进制数字量分别可表示如下：

000000001010101010101001(43689)；

000000010101010101010010(87378)；

000000101010101010100100(174756)；

000001010101010101001000(349512)；

000010101010101010010000(699024)；

000101010101010100100000(1398048)；

001010101010101001000000(2796096)；

010101010101010010000000(5592192)；

000000001010101010101001(43689)。

其中，上述各二进制代码后的括号中的数值，即表示二进制代码对应的数字量。配置数模转换器40使其输出的目标电压为0.01302V，控制模块30控制数模转换器40的输出电压为目标电压的1倍时，配置第一模数转换器10的第三模拟信号输入端AIN1_3为负端输入,第一模数转换器10的第四模拟信号输入端AIN_4为正端输入。当第一模数转换器10未出现第二类故障时，第一模数转换器10的数据寄存器存储的二进制代码为：100000001010101010101001，其对应的数字量为-43689。

可见，数据寄存器存储的二进制代码每一位都实现了从0到1，从1到0的改变，此时第一模数转换器10未出现第二类故障。即当数模转换器输出的目标电压为0.01302V时，此时第一模数转换器10输出的数字量为43689，当数模转换器40的输出电压为目标电压的2倍时，此时第一模数转换器10输出的数字量为87378，若第一模数转换器10输出的数字量不等于87378，则第一模数转换器10出现第二类故障。

结合实际应用，测量存在误差，数据寄存器存储的二进制代码的低位一般不做考虑，可以根据第一模数转换器10的输出精度决定需要诊断的位数。示例性的，数据寄存器存储的二进制代码的低四位可以不用诊断，因为低四位对应的十进制数为15,对应的模拟量为15/2²³*2.5V＝0.00000447，是一个非常小的值，对最终的测量结果造成的影响可以忽略。即当数据寄存器存储的二进制代码的预设高位的数值未在0和1之间发生变化，即可确定第一模数转换器10出现第二类故障。可理解的是，此时预设高位为二进制代码的前20位，即n＝20，二进制代码的总位数为24位。也可以通过第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器10是否出现第二类故障。示例性的，当数模转换器40输出的目标电压为0.01302V时，若第一模数转换器10未出现第二类故障，第三输入信号对应的二进制代码应为000000001010101010101001，若第三输入信号对应的二进制代码为001000001010101010101001时，确定第一模数转换器10出现第二类故障。换句话说，第三输入信号对应的二进制代码预设高位的数值不正确时，确定第一模数转换器10出现第二类故障。

本发明实施例还提供了一种模数转换器的检测方法，该方法可以由上述任意实施例中的模数转换器的检测电路执行。图3是本发明实施例提供的一种模数转换器的检测方法的流程示意图。如图3所示，该模数转换器的检测方法可以包括以下步骤：

S301、通过第一模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号。

S302、通过第二模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号。

S303、通过控制模块根据第一输入信号和第二输入信号的电压差值，检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障。

本发明实施例提供的模数转换器的检测方法，通过控制模块比较第一模数转换器测得的第一输入信号和第二模数转换器测得的第二输入信号的电压差值，可以检测第一模数转换器或第二模数转换器是否出现故障，实现了模数转换器的故障监测，有助于确保模数转换器输出数据的有效性，使得控制模块能够及时输出报警信息，从而提高模数转换器的可靠性。

图4是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测方法的流程示意图。如图4所示，该模数转换器的检测方法可以包括以下步骤：

S301、通过第一模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号。

S302、通过第二模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号。

S3031、通过控制模块在第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定第一模数转换器或第二模数转换器出现第一类故障。

其中，第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

图5是本发明实施例提供的又一种模数转换器的检测方法的流程示意图。如图5所示，该模数转换器的检测方法可以包括以下步骤：

S301、通过第一模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号。

S302、通过第二模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号。

S3031、通过控制模块在第一输入信号和第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定第一模数转换器或第二模数转换器出现第一类故障。

S304、通过控制模块控制数模转换器依次输出不同倍数的目标电压，通过第一模数转换器采集数模转换器的输出电压得到对应的第三输入信号，并通过数据寄存器依次存储各个第三输入信号对应的二进制代码，以使二进制代码每一位的数值均发生变化。

S305、通过控制模块根据数据寄存器存储的二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定第一模数转换器是否出现第二类故障。

其中，第二类故障包括第一模数转换器的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种。

可选地，步骤S305具体包括控制模块若判断数据寄存器存储的二进制代码的预设高位的数值未在0和1之间发生变化，和/或第三输入信号对应的二进制代码的预设高位的数值不正确时，则控制模块确定第一模数转换器出现第二类故障；其中，所述预设高位为所述二进制代码的前n位，n小于所述二进制代码的总位数，且n与所述第一模数转换器的精度相关。

本发明实施例还提供了一种数据采样***，该数据采样***包括上述任意实施例的模数转换器的检测电路，具备模数转换器检测电路相应的功能模块和有益效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模数转换器的检测电路，其特征在于，包括：第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；

所述第一模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，所述第一模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端，所述第一模数转换器用于根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号；

所述第二模数转换器的第一模拟信号输入端连接所述第一采样信号端，所述第二模数转换器的第二模拟信号输入端连接所述第二采样信号端，所述第二模数转换器用于根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号；

所述控制模块与所述第一模数转换器和所述第二模数转换器通信连接，所述控制模块用于根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值，检测所述第一模数转换器或所述第二模数转换器是否出现故障。

2.根据权利要求1所述的模数转换器的检测电路，其特征在于，所述第一模数转换器和所述第二模数转换器的增益放大倍数相同；

所述根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值，检测所述第一模数转换器或所述第二模数转换器是否出现故障，包括：

在所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定所述第一模数转换器或所述第二模数转换器出现第一类故障；

其中，所述第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的模数转换器的检测电路，其特征在于，所述模数转换器的检测电路还包括：第一退耦模块、第二退耦模块、第三退耦模块和第四退耦模块；

所述第一退耦模块连接于所述第一模数转换器的第一模拟信号输入端和所述第一采样信号端之间，所述第二退耦模块连接于所述第一模数转换器的第二模拟信号输入端和所述第二采样信号端之间，所述第三退耦模块连接于所述第二模数转换器的第一模拟信号输入端和所述第一采样信号端之间，所述第四退耦模块连接于所述第二模数转换器的第二模拟信号输入端和所述第二采样信号端之间；

所述第一退耦模块和所述第三退耦模块用于减小所述第一模数转换器的第一模拟信号输入端和所述第二模数转换器的第一模拟信号输入端之间的信号耦合，所述第二退耦模块和所述第四退耦模块用于减小所述第一模数转换器的第二模拟信号输入端和所述第二模数转换器的第二模拟信号输入端之间的信号耦合。

4.根据权利要求3所述的模数转换器的检测电路，其特征在于，所述第一退耦模块包括第一电阻，所述第二退耦模块包括第二电阻，所述第三退耦模块包括第三电阻，所述第四退耦模块包括第四电阻；

所述第一电阻连接于所述第一模数转换器的第一模拟信号输入端和所述第一采样信号端之间，所述第一电阻连接于所述第一模数转换器的第二模拟信号输入端和所述第二采样信号端之间，所述第一电阻连接于所述第二模数转换器的第一模拟信号输入端和所述第一采样信号端之间，所述第一电阻连接于所述第二模数转换器的第二模拟信号输入端和所述第二采样信号端之间。

5.根据权利要求1-4中任一所述的模数转换器的检测电路，其特征在于，所述第一模数转换器中设置有增益放大器和数据寄存器，所述模数转换器的检测电路还包括数模转换器；

所述数模转换器的模拟信号输出端连接所述第一模数转换器的第三模拟信号输入端，所述第一模数转换器的第四模拟信号输入端接地，所述第一模数转换器还用于根据自身的第三模拟信号输入端和第四模拟信号输入端的差分电压得到第三输入信号；

所述控制模块与所述数模转换器通信连接，所述控制模块还用于控制所述数模转换器依次输出不同倍数的目标电压，通过所述第一模数转换器采集所述数模转换器的输出电压得到对应的所述第三输入信号，并通过所述数据寄存器依次存储各个所述第三输入信号对应的二进制代码，以使所述二进制代码每一位的数值均发生变化；

所述控制模块还用于根据所述数据寄存器存储的所述二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或所述第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定所述第一模数转换器是否出现第二类故障；

其中，所述第二类故障包括所述第一模数转换器的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种；

其中，所述目标电压包括0.01302V，不同倍数的所述目标电压依次包括所述目标电压的1倍、2倍、4倍、6倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍、1倍。

6.根据权利要求5所述的模数转换器的检测电路，其特征在于，所述根据所述数据寄存器存储的所述二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或所述第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定所述第一模数转换器是否出现第二类故障，包括：

当所述数据寄存器存储的所述二进制代码的预设高位的数值未在0和1之间发生变化，和/或所述第三输入信号对应的二进制代码的预设高位的数值不正确时，确定所述第一模数转换器出现第二类故障；

其中，所述预设高位为所述二进制代码的前n位，n小于所述二进制代码的总位数，且n与所述第一模数转换器的精度相关。

7.一种模数转换器的检测方法，其特征在于，适用于模数转换器的检测电路，所述模数转换器的检测电路包括：第一模数转换器、第二模数转换器和控制模块；所述第一模数转换器的第一模拟信号输入端连接第一采样信号端，所述第一模数转换器的第二模拟信号输入端连接第二采样信号端；所述第二模数转换器的第一模拟信号输入端连接所述第一采样信号端，所述第二模数转换器的第二模拟信号输入端连接所述第二采样信号端；所述控制模块与所述第一模数转换器和所述第二模数转换器通信连接；

所述模数转换器的检测方法包括：

通过所述第一模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第一输入信号；

通过所述第二模数转换器根据自身的第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的差分电压得到第二输入信号；

通过所述控制模块根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值，检测所述第一模数转换器或所述第二模数转换器是否出现故障。

8.根据权利要求7所述的模数转换器的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值，检测所述第一模数转换器或所述第二模数转换器是否出现故障，包括：

在所述第一输入信号和所述第二输入信号的电压差值的绝对值大于设定量程与预设百分比的乘积时，确定所述第一模数转换器或所述第二模数转换器出现第一类故障；

其中，所述第一类故障包括：第一模拟信号输入端和第二模拟信号输入端的短路故障、内部模拟开关故障、增益放大倍数异常和模数转换功能故障中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的模数转换器的检测方法，其特征在于，所述第一模数转换器中设置有增益放大器和数据寄存器，所述模数转换器的检测电路还包括数模转换器；所述数模转换器的模拟信号输出端连接所述第一模数转换器的第三模拟信号输入端，所述第一模数转换器的第四模拟信号输入端接地，所述第一模数转换器还用于根据自身的第三模拟信号输入端和第四模拟信号输入端的差分电压得到第三输入信号；所述控制模块与所述数模转换器通信连接；

所述模数转换器的检测方法还包括：

通过所述控制模块控制所述数模转换器依次输出不同倍数的目标电压，通过所述第一模数转换器采集所述数模转换器的输出电压得到对应的所述第三输入信号，并通过所述数据寄存器依次存储各个所述第三输入信号对应的二进制代码，以使所述二进制代码每一位的数值均发生变化；

通过所述控制模块根据所述数据寄存器存储的所述二进制代码的二进制位的数值是否发生变化，和/或所述第三输入信号对应的二进制代码是否正确，确定所述第一模数转换器是否出现第二类故障；

其中，所述第二类故障包括所述第一模数转换器的增益放大器故障和数据寄存器故障中的至少一种。

10.一种数据采样***，其特征在于，包括权利要求1-6中任一所述的模数转换器的检测电路。

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