设备概述

信号调理箱可实现将外部的各类电量信号，转换成数据采集模块可以采集±10V范围内电压信号。整体采用AC 220V 50HZ电源进行供电，内部配置高精度和高稳定性二次电源，将AC 220V电源转换成DC±24V、DC±15V等不同规格辅助电源。信号调理箱内可安装不同功能的调理模块，能够完成如信号驱动能力增强、信号衰减、信号放大、信号光电隔离、信号滤波、信号保护等功能模块。

其整体采用标准模块+接线的方式来实现，统一将上述功能集成在4U的标准上架机箱内，需要不同的信号调理功能，安装对应的调理模块即可。其最大可支持安装12块信号调理模块，机箱内部需布置导轨，方便各个调理模块的安装和拆卸，具体外形结构下图所示。

图1 信号调理箱前视图

信号调理箱采用标准上架机构设计，箱体高度4U，宽度430mm，深度250mm，整体颜色为银色。需要保证机箱尺寸的一致性，确保机械强度，能够支撑多个机箱堆叠放置。机箱前面板上印有产品识别图案或标识。前面板配置电源控制开关、状态指示灯等装置。需考虑调理箱的整体散热，保障其能长期稳定可靠地工作。

模块设计

信号调理箱采用AC 220V供电，配置带灯开关和保险保护功能。具体调理模块外形尺寸为3HP宽、3U高， 175mm深，通过模块后面板上的2*32芯连接器进行供电，各模块的上电情况、工作状态、各通道状态等均可通过其面板进行监测，前面板布置DB 78连接器，统一作为信号的输入与输出接口。

信号调理箱支持的信号调理单元种类和功能丰富，如信号放大、离散量三态输出、信号衰减功能、干节点信号采集、电流转电压调理、PWM输出幅值放大电路等。

模块设计-信号放大调理单元

常规模拟量输出模块只有0～10V DC电压信号输出能力，若要求的输出电压超过这个范围，就需要通过放大电路，将0～10V的模拟量信号进行放大，将输出电压的幅值放大到需要的范围。同时常规输出模块自身输出电流5mA，采用高电压/大电流运算放大器，使驱动电流增强到200mA。运放集成出色的低电平信号精度以及高输出电压和电流，其有内部保护，可防止过热情况和电流过载。并提供准确的电流限制，通过0至150uA的控制信号，使输出电流限制在200mA。

模块设计-离散量输出（28V、地和开三态输出）

常规数字量输出模块的输出为TTL电平，无法满足三态输出的需要。设计了一款离散量调理单元，采用达林顿管将输出的TTL电平信号进行驱动能力增强，作为贴片式DC 5V双刀双掷继电器的控制端信号，继电器的COM端作为输出，NC端可悬空或接地，NO端可接DC 28电压或地。将2路输出合并到一起，实现离散量输出的三态控制，实现28V、地和断开的三态输出，使用时，先将两个继电器均处于断开状态，然后再执行对应输出控制，有效防止因软件可能的误操作，而引起硬件线路短路故障。系统控制数字量TTL的输出状态，达到对外接继电器的断开和闭合控制，实现产品需要的28V、地和开离散量的输出。

模块设计-模拟量衰减调理

常规的模拟量采集模块的采集范围±10V，若被测电压超过这个范围，需要设计电阻分压调理单元，对被测信号进行衰减，根据负载的电流大小，选择合适的阻值范围，同时搭配不同的阻值比例，将被测电压衰减到采集模块可以接收的范围。

模块设计-干节点采集

常规测试模块没有能够直接读取干节点状态。设计了一款干节点调理单元，采用干节点上拉DC 5V电源+限流电阻的方式，通过控制干节点的闭合与断开，实现DC 5V电平是否输出，数字I/O模块的输入通道读取5V电平，从而获得UUT上各干节点的状态。

模块设计-电压转电压调理单元

常规模拟采集模块采集是±10V电压，当被测信号为0~40mA电流信号时，常规的处理方案需要高精度的取样电阻，将电流信号转换成电压信号。选用高精度250Ω电阻，将0~40mA电流转成0~10V DC电压。

模块设计-PWM输出幅值放大调理单元

常规PWM输出模块输出PWM的幅值为5V，若需要不同幅值范围的PWM，则需要PWM输出幅值放大调理单元。电路选用LM239四路差分比较器，可以实现4路PWM的幅值放大输出。比较器工作时，如果非反相端（管脚7）的电压高于反相端（管脚6）DC 2.5V，则输出（引脚1）输出将为高，否则输出将为低，原理图中VCC接DC 24V，搭配2K限流电阻，实现将4路 5V TTL PWM输出放大为DC 24V PWM输出。后面板设计

后面板布置带开关、指示灯和保险装置的三合一品字头电源插座，方便外部AC 220V电源接入，同时布置多个直流轴风机，将信号调理箱内热量强制排到箱体外，保证箱体内散热良好。

模块采用前面板耳环固定，既可以放置在桌面上，又可以安装到标准机柜中。当安装在标准机柜中时，模块采用后置安装，且因安装空间限制，不再配专门的托架。为使模块安装牢固且考虑线缆走线美观，模块后面板连接电缆要有序固定在机柜上，可考虑专用电缆固定支架。

模块安装方式

模块采用前面板耳环固定，既可以放置在桌面上，又可以安装到标准机柜中。当安装在标准机柜中时，模块采用后置安装，且因安装空间限制，不再配专门的托架。为使模块安装牢固且考虑线缆走线美观，模块后面板连接电缆要有序固定在机柜上，可考虑专用电缆固定支架。