基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品。

背景技术

在生物工程，仪器开发，环境监测和光电技术领域内，很多项目的开发和研制都需要光电子仪器、电子仪器和多种测试技术的支持，例如微信号检测,信号采集，滤波，放大和处理，模拟和数字电路控制，驱动电路等等。在这些项目中，对实验仪器和实验电子电路的要求是可靠，先进，灵活，方便并具备多种选择。特别是对于某些带有研究和实验性的项目、灵活、方便和多种选择更为重要。虽然根据不同的需求在市场上可以买到各种单一性能的仪器而组成一个完整的实验系统，但价格昂贵、体积较大且使用不方便，以及难以快捷有效地通过同一软件界面进行操作控制。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品，包括多个基本电路模块、嵌入式智能模块，其中，每个所述基本电路模块与所述嵌入式智能模块连接，每个所述基本电路模块具有完整独立的路功能，具有高指标高精度的特征，和统一的设计规格；所述基本电路模块用作实验测试工具或系统设计中的一个部件；当所述基本电路模块用作实验测试工具时，所述基本电路模块采用手动调整方式；当所述基本电路模块用作系统设计中的一个部件时，通过预留的接口实现自动调节。

进一步，每个所述基本电路模块采用具有单一功能的PCB电路板。

进一步，所述基本电路模块包括以下：低噪声精密隔离电源、半导体激光器电源、精密光-电前置放大器、差动输入精密传感器前置放大器、LOG放大器、有源信号噪声滤波器、无源电源噪声滤波器、可编程信号衰减器、精密有源负载、白噪声信号源、高功率电源输入保护电路、高电压高电流检测电路、精密步进电机驱动电路、精密直流电机驱动电路、精密TEC驱动电路。

进一步，所述嵌入式智能模块采用带有蓝牙通讯功能的智能模块、带有蓝牙通讯和RS485功能的智能模块和/或带有TCP/IP功能的功能的智能模块。

进一步，所述嵌入式智能模块采用MCU控制器或SoM电路板。

进一步，由每个所述基本电路模块和所述嵌入式智能模块组成完整的仪器或系统，包括：低噪声精密电源、精密光-电前置放大器、精密有源负载、信号滤波器、白噪声信号源、精密定位直线步进电机驱动器、多功能信号采集与网络数据传送系统和/或数字和模拟及功率调制的半导体激光驱动器。

根据本发明实施例的基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品，提供一种多功能、多方位可用于光电实验、电路实验，仪器设备设计开发的实验和测试仪器。这种多功能光电、电路实验开发仪将光电实验中所需要的数字和模拟电路归纳分解为若干基本电路单元，与半导体激光器光源、光功率计等一起组成相关的功能模块，以满足仪器开发，电路实验和电路设计的应用。本发明提供的组合型嵌入式设备，技术涵盖面的广泛和技术深度，这些设计可以随时、任意和快速地转化成为多个应用领域的不同功能的仪器设备，以满足和适应广泛多变的市场需求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的实施例的基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品的结构图；

图2为根据本发明实施例的隔离电源的框图；

图3为根据本发明实施例的差分前置放大器的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的基本电路模块1构成的组合型嵌入式设备，包括：一个或多个基本电路模块1、嵌入式智能模块2。其中，每个基本电路模块1与嵌入式智能模块2连接，每个基本电路模块1具有完整独立的路功能，具有高指标高精度的特征，和统一的设计规格。基本电路模块1用作实验测试工具或系统设计中的一个部件；当基本电路模块1用作实验测试工具时，基本电路模块1采用手动调整方式；当基本电路模块1用作系统设计中的一个部件时，通过预留的接口实现自动调节。

参考图1，基本电路模块1、嵌入式智能模块2和完整的仪器或系统构成了三层结构的组合型嵌入式设备。其中，产品的第一层即基本层为基本电路模块1【BCM】、产品的第二层是嵌入式智能模块2、产品的第三层是智能仪器与系统

这三层产品的应用领域和应用市场包括但并不限于以下：FIBERSENSORS，PHOTOELECTRIC SENSORS，图像、PRESSURE SENSORS，温度，气体，位置，运动，电压/电流，智能生产线，环境监测，医疗仪器，科学研究，光电子产品开发；太阳能远程大面积监控，电力监测，机场地面管理，智能供热系统等。

下面首先对基本电路模块1进行说明。

每个基本电路模块1采用手动调整和自动调整双重功能：

(1)当基本电路模块1独立使用时，采用手动调整方式；

(2)当基本电路模块1与嵌入式智能模块2组合使用时，及基本电路模块1作为一个基本电路模块1而构建智能模块，或用于其它嵌入式系统时，采用自动调整方式，软件自动调整功能。

下面分别以微信号前置放大器和有源负载为例对自动调整进行说明：

(1)微信号前置放大器

参考图2，在模块单独使用时，放大倍数是通过SW1拨动开关来实现的；在嵌入式系统中，MCU通过连接器P9的数字接口能够实现放大倍数的自动设置。

(2)有源负载

参考图3，在模块单独使用时，负载电流是通过VR1手动设定和调整的；在嵌入式系统中，MCU通过连接器J1-Pin2能够设定手动或自动模式，当自动模式被设定后，J1-Pin1用来设定和调整负载电流，还可以对负载电流进行调制，这在手动模式下是无法实现的。

在本发明的实施例中，每个基本电路模块1采用具有单一功能的PCB电路板，是一个独立的单一功能的电路单元比如电源，前置放大器。基本电路模块1具有统一的尺寸规格。基本电路模块1具有低噪声、高指标、高质量的设计特点；基本电路模块1的产品定位为高端精密的电子/光电子模块；基本电路模块1的市场应用为高端仪器设计，系统设计，光电子实验。产品测试。这些基本电路模块1都是系统设计中重要又必不可少同时又有相当设计难度的电路单元。

本发明选定和规范了基本电路模块1的类型、功能和特性，包括以下一种或多种：低噪声精密隔离电源、半导体激光器电源、精密光-电前置放大器、差动输入精密传感器前置放大器、LOG放大器、有源信号噪声滤波器、无源电源噪声滤波器、可编程信号衰减器、精密有源负载、白噪声信号源、高功率电源输入保护电路、高电压高电流检测电路、精密步进电机驱动电路、精密直流电机驱动电路、精密TEC驱动电路、多功能信号采集与网络数据传送装置、数字、模拟及功率调制的半导体激光驱动器。

需要说明的是，上述的基本电路模块1仅是举例说明，本发明提供的基本电路模块1的功能不限于上述举例，根据需要进行选择设置，在此不再赘述。

在基本电路模块1和嵌入式智能模块2相结合的基础上可以用排列组合的方式构建不同应用的测量仪器，监测仪器，智能控制仪器等。使用这种方式构建系统的特点在于应用范围广、开发周期短，开发成本低，此外由于这些基本电路模块1具有低噪声、高指标、高质量的设计特点，保障了整个系统的参数，性能和质量。

下面对几类基本电路模块1的特征进行说明。

(1)低噪声精密隔离电源

隔离电源结合低噪声线性直流电源；具有正负双向输出，±8.2V/±150mA输出；30μVRMS(10Hz–100kHz)输出噪声；隔离电压>2000V；反向输入电压保护，输入过压保护。

(2)半导体激光器电源

输出电压电流5-8.4V/400-800mA；低输出噪声：10μVRMS，(10Hz to 100kHz)；

高精度输出电流限制：±3％；优质的负载快速响应，优质的电源波动响应；5V LDO电源用作驱动控制；反向输入电压保护，输入过压保护。

(3)差动输入精密传感器前置放大器

≤50uV微信号测量；Low Offset Voltage:5μV at G＝128；Near-Zero GainDrift:0.5ppm/℃；Excellent CMRR:140dB至8V共模电压输入；Low noise:0.4μV p-pfrom0.01Hz to 10Hz；差动输入、可编程放大倍数可调(11档)；输入信号极性：正负，输出电压范围：0-5V；信号带宽(-3dB)：600KMHz；3V参考电压输出。

(4)精密有源负载为精密有源负载

精密电流源合二为一；电压输入范围：0.7V-15V，最大电流3A；外加负载调制：ON/OFF；电流源:25mA-300mA@3.3V；使用吕壳线绕大功率电阻使得模块散热布局合理，避免了芯片和PCB高温状态；反向保护，过压保护、最大电流限定。

(5)高功率电源输入

>100W电源保护；ESD/EFT/TVS48V，-60V反向保护；1-26V工作电压保护；最大电流限设定@5.5A；负载电压/电流监测。

嵌入式智能模块2是在基本电路模块1的基础上加入一款低功耗中小型智能芯片。在本发明的实施例中，嵌入式智能模块2采用MCU控制器或SoM电路板，并实现了下面多种通讯模式：嵌入式智能模块2采用带有蓝牙通讯(Bluetooth)功能的智能模块、带有蓝牙通讯和RS485功能的智能模块、带有TCP/IP和PoE(PD)功能的功能的智能模块。

在本发明的实施例中，由每个基本电路模块1和嵌入式智能模块2组成完整的仪器或系统，包括：低噪声精密电源、精密光-电前置放大器、精密有源负载、信号滤波器、白噪声信号源、精密定位直线步进电机驱动器、多功能信号采集与网络数据传送系统和/或数字和模拟及功率调制的半导体激光驱动器。

本发明采用这种自下而上、层层依托和排列组合的产品开发模式。基本电路模块1【BCM】为单一电路功能的PCB电路板。它是一个独立的单一功能的电路单元。基本电路模块1具有统一的输入输出定义和统一的尺寸规格。基本电路模块1具有低噪声、高指标、高质量的用于高端仪器设备的设计特点。嵌入式智能模块2是在基本电路模块1的基础上加入一款低功耗中小型智能芯片(MCU、SoM)并实现一种通讯模式。

根据本发明实施例的基本电路模块构成的组合型嵌入式系列产品，提供一种多功能、多方位可用于光电实验、电路实验，仪器设备设计开发的实验和测试仪器。这种多功能光电、电路实验开发仪将光电实验中所需要的数字和模拟电路归纳分解为若干基本电路单元，与半导体激光器光源、光功率计等一起组成相关的功能模块，以满足仪器开发，电路实验和电路设计的应用。本发明提供的组合型嵌入式设备，技术涵盖面的广泛和技术深度，这些设计可以随时、任意和快速地转化成为多个应用领域的不同功能的仪器设备，以满足和适应广泛多变的市场需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。