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基于FPGA实现感性元件电阻测试

作者:鞠培刚 聚星仪器销售工程师    发布时间:2012年01月05日

引言:
 
近期给汽车电子某厂商做了一套点火线圈测试系统,有一部分是关于感性线圈电阻测试,具体要求如下:初级电阻 620 mΩ +-50mΩ、次级电阻 9.5 kΩ +-0.9 kΩ、导线电阻 150 mΩ +-50 mΩ。
 
一、挑战:
 
初级线圈电阻较小(mΩ级),测量过程中还要考虑导线电阻影响;而次级电阻大(k Ω级),用DMM数字万用表进行测试是不错的方案,但是由于测试设备是放在生产线上,对体积、功耗和可靠性要求很高,NI CompactRIO平台是非常好的选择,但是NI CompactRIO电阻测试模块量程大,不适合小电阻测试。并且由于被测件是感性线圈,通过恒电流激励4线制测电阻方式,由于恒电流激励稳定性问题,会使得感性线圈产生感应电动势,对小电阻测试带来考验。
 
二、方案:
 
选用NI 9265电流输出模块作为电阻测试激励,通过4线制来测量电压方式来进行电阻测试。为了减小电流激励不稳定性导致感应电动势产生,带来测量误差的影响,通过在FPGA用高频(10k)采样,然后降采样到低频(50-100Hz)模式,滤除感应线圈电动势的影响。
 
三、具体实施:
 
1、 构造浮点滤波器:在DFD设计工具包选择Multistage Decimation Filter
 
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图1、DFD构造多级降采样浮点滤波器
 
2、 多级降采样定点滤波器设计
 
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图2、浮点滤波器量化构造定点滤波器
 
3、 多级降采样定点滤波器FPGA实现
 
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图3、通过IP Generator构造多级多阶滤波器
 
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图4、通过定点设计模型生成FPGA代码
 
4、 测试验证
 
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图5、感性电阻测试FPGA代码
 
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图6、未进行降采样滤波电阻测试效果
 
如图6所示,起始跳变是由于线圈充电瞬间造成的,但是由于未进行由于线圈感应电动势影响所以电阻变化较大,如图7细化观察。
 
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图7、电阻变化较大
 
通过降采样滤波算法,滤除由于电流不稳定造成的感性线圈产生电动势导致的电阻波动误差,如图8所示,感应线圈电阻测试稳定,通过与6位半DMM比较,结果一致。
 
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图8、通过降采样滤波后的电阻测试