一种多模态采集电路的脉冲同步控制方法与流程

本发明涉及电子振荡器与脉冲发生器的自动控制，更具体地，本发明涉及一种多模态采集电路的脉冲同步控制方法。

背景技术：

1、多路传感器采集系统通常利用脉冲发生与相位同步电路生成采样时钟，常见方式是采用分立电路或固定信号链芯片完成时钟分配和脉冲生成，当系统同时采集压力、温度、振动和转速等不同类型的传感器信号时，各通道通常需要设置不同的采样频率，脉冲发生电路需要按照各通道设定的采样频率，从全局基准时钟源分频生成多路硬件采样触发脉冲，各路触发脉冲之间能否保持准确的相位对齐和稳定的时序，直接影响多通道传感数据的同步采集质量。

2、在工业设备运行及复杂工况下，传感器类型可能需要更换，采集参数也需要进行调整，因此采集电路通常需要具备在线重构能力，除了硬件拓扑受制于固定信号链的物理局限外，在脉冲同步与逻辑控制方法层面同样存在不足，例如，授权公告号为cn103592881b的中国发明专利公开了一种基于fpga的多路信号同步采样控制电路，利用fpga内部产生的锁存信号对多路数据实施后端统一锁存，以实现多路数据的同步读取，然而，该方法仅在数据采集及处理后端对数据进行静态锁存，未在脉冲发生源头建立针对异构采样率的动态锁相与对齐机制，当通道参数在线动态重配时，其控制逻辑无法阻断寄存器异步写入产生的高频毛刺与相位失步；同时，前级激励模式切换带来的瞬态电磁冲击极易串扰时钟回路，导致脉冲时序漂移与相位失步。

3、因此，在不同采样频率并行工作的情况下，如何提高多路脉冲的相位对齐精度和自动同步控制性能，避免动态重构过程中产生高频毛刺脉冲并保持脉冲发生稳定，以及减小激励切换对锁相分频回路的电磁串扰，仍是现有脉冲同步控制技术需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种多模态采集电路的脉冲同步控制方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，隔离总线通讯单元接收主站下发的全局同步基准时钟；sda采集芯片内部的多路锁相分频电路接收全局同步基准时钟，依据各通道预设采样率参数进行锁相分频，生成对应通道的硬件采样触发脉冲，各通道的硬件采样触发脉冲以全局同步基准时钟为相位对齐基准；

3、步骤s2，接收到通道配置指令时，sda采集芯片的mcu全局配置单元下发状态锁存信号，冻结当前各通道的硬件工作状态以及多路锁相分频电路的脉冲输出状态；

4、步骤s3，mcu全局配置单元向硬件配置寄存器写入通道参数，按预设流水线时序重配可编程接口单元、fpga调制单元与双dsp滤波单元，并经sda总线向多路d触发器构成的开关阵列下发控制电平以驱动对应通道的激励输出通路；

5、步骤s4，重配完成时释放状态锁存信号，多路锁相分频电路恢复运行并重新锁定相位，输出对齐的硬件采样触发脉冲，阻断参数重配与激励切换对硬件采样触发脉冲的相位干涉。

6、优选的，步骤s3中按预设流水线时序重配可编程接口单元、fpga调制单元与双dsp滤波单元包括：步骤s31，下发寄存器锁存时序，冻结当前多路独立采集通道单元的硬件工作状态，同步释放可编程接口单元的端口配置资源、fpga调制单元的调制逻辑资源以及双dsp滤波单元的滤波运算资源；步骤s32，完成通道参数写入硬件配置寄存器后，按预设流水线时序依次配置可编程接口单元的信号接入模式、fpga调制单元的调制增益以及双dsp滤波单元的滤波阶数，重校多路锁相分频电路的分频系数。

7、优选的，步骤s3中经sda总线向多路d触发器构成的开关阵列下发控制电平以驱动对应通道的激励输出通路包括：步骤s33，隔离电源模块内部的激励发生源接收来自mcu全局配置单元的激励配置信号，生成设定波形的激励信号；步骤s34，mcu全局配置单元通过sda总线向由多路d触发器以及三极管组成的开关阵列下发通道开关控制电平，多路d触发器锁存通道开关控制电平并驱动对应的三极管导通或关断，控制各采集通道激励输出通路的通断，阻断激励切换脉冲对硬件采样触发脉冲的相位干涉。

8、优选的，步骤s33中生成设定波形的激励信号包括：隔离电源模块内部的激励发生源在频率为0.1hz至10khz且幅值为0v至10v的正弦波激励模式、0v至10v的恒压激励模式以及4ma至20ma的恒流激励模式之间切换，生成对应的激励信号。

9、优选的，步骤s4中输出对齐的硬件采样触发脉冲之后，还包括硬件预处理流水线同步步骤，硬件预处理流水线同步步骤包括：步骤s41，在硬件采样触发脉冲的边沿触发下，多路独立采集通道单元同步对输入的模拟传感信号进行模数转换，生成数字化数据；步骤s42，数字化数据顺次进入硬件预处理单元，在统一硬件同步时钟控制下，按流水线时序并行进行温度与压力耦合温漂校正以及降噪运算。

10、优选的，步骤s42中进行温度与压力耦合温漂校正包括：数字化数据流入硬件预处理单元中的硬件误差补偿模块，在-40℃至85℃的工作温度范围内，基于二维平面补偿算法或二维曲面补偿算法对数字化数据完成温度与压力耦合温漂硬件实时校正，校正后的数据存入片内数据缓存寄存器。

11、优选的，还包括时间戳嵌入与打包传输步骤，时间戳嵌入与打包传输步骤包括：步骤s43，模数转换完成时，硬件流水线获取当前全局同步基准时钟的计数值，并在经过预处理数据的数据帧头嵌入统一的高精度时间戳；步骤s44，嵌入高精度时间戳的数据进入对应通道的独立数据缓存区，依据隔离总线通讯单元的传输带宽，按分时重复利用逻辑打包为数字数据包，经隔离以太网总线上传至主站。

12、优选的，隔离电源模块内置三路互相电气隔离的独立隔离电源，分别对传感激励回路、sda采集芯片核心回路以及以太网总线回路进行独立隔离供电，其隔离耐压不低于2000v，阻断电机与液压系统产生的脉冲干扰。

13、优选的，多路独立采集通道单元同步采集不同信号类型的传感器信号；信号类型包括±50mv小信号、0v至10v电压信号、4ma至20ma电流信号、icp压电信号、热电偶信号以及spi或iic数字信号；在软件重配与脉冲同步控制下，多路独立采集通道单元在无需更改硬件电路的前提下并行完成多模态传感信号的脉冲同步采集。

14、根据本发明的上述实施例至少具有以下有益效果：

15、1、在多模态采集电路的脉冲同步控制中，采用全局同步基准时钟作为统一的相位基准，并通过多路锁相分频电路生成各通道的硬件采样触发脉冲，能够使不同采样率通道的触发脉冲保持稳定的相位对齐，减少异构采样频率下的累计相位漂移和高频时序抖动，避免脉冲生成失步，从而提高多通道并行采样时的脉冲同步性和时序稳定性，为多模态传感信号的同步采集提供稳定的时钟基准。

16、2、在通道参数动态重构时，通过状态锁存暂时保持各通道工作状态和多路锁相分频电路的脉冲输出状态，并在重配完成后重新锁定相位，可以避免寄存器更新不同步产生的高频毛刺脉冲和相位失步，减小参数切换对脉冲发生过程的影响，使重构前后的触发脉冲保持较好的相位连续性，并维持各通道控制状态的稳定。

17、3、通过多路d触发器锁存通道开关控制电平并分别控制各通道激励输出通路，可以将激励模式切换与采样脉冲控制分开，减小激励切换产生的瞬态电磁干扰对多路锁相分频电路的影响，由此，各通道的激励输出与采样脉冲能够相对独立地工作，降低有源传感器激励切换造成的脉冲干扰，有利于保持复杂工况下采样脉冲及传感信号的稳定。