1、第二章第二章 數據采集技術數據采集技術u數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構u模擬信號調理模擬信號調理u傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 u - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術 u數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例 u數據采集系統的誤差分析數據采集系統的誤差分析數據采集系統數據采集系統簡稱簡稱DASDAS（Data Acquisition SystemData Acquisition System），），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行取樣、量化轉換成數字量后，以便由進行取樣、量化轉換成數字量后

2、，以便由計算機進行存儲、處理、輸出的裝置。計算機進行存儲、處理、輸出的裝置。第二章第二章 數據采集技術數據采集技術第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構一、單路數據采集系統一、單路數據采集系統同時測量多種信號或同一種信號分布在同時測量多種信號或同一種信號分布在空間多個測量點。空間多個測量點。兩大類型：兩大類型： 集中式采集集中式采集 分布式采集分布式采集二、多路模擬輸入通道數據采集系統二、多路模擬輸入通道數據采集系統第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構1 1、多路模擬信號集中采集式、多路模擬信號

3、集中采集式-共用采集電路分時采集共用采集電路分時采集2 2、多路模擬信號集中采集式、多路模擬信號集中采集式 -多路同步取樣共用多路同步取樣共用A/DA/D分時采集分時采集第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構l多通道同步采樣多通道同步采樣A/DA/D，分時傳輸數據，分時傳輸數據l多通道獨立取樣多通道獨立取樣A/DA/D，有通道緩存，有通道緩存3 3、多路模擬信號集中采集式、多路模擬信號集中采集式 第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構第一節第一節 數據采集系統的組成結構數據采集系統的組成結構4 4、分布式采集（網絡式采集）、分布式采集（網絡式采集）有何特

4、點有何特點有線、無線有線、無線請總結每種數據采集請總結每種數據采集系統結構的主要特點！系統結構的主要特點！第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理采集系統信號調理的任務采集系統信號調理的任務（Signal conditioning）：）：n 實現非電量信號向電信號的轉換、小信號放實現非電量信號向電信號的轉換、小信號放大、濾波；大、濾波；n 零點校正、零點校正、線性化處理、線性化處理、溫度補償、誤差修溫度補償、誤差修正和量程切換等。正和量程切換等。典型模擬調理電路的組成典型模擬調理電路的組成傳感器是信號輸入通道的第一環節，也是決定整傳感器是信號輸入通道的第一環節，也是決定整個儀器系統性能的關鍵環節

5、之一。個儀器系統性能的關鍵環節之一。正確選用傳感器正確選用傳感器l明確所設計的測控系統對傳感器的技術要求；明確所設計的測控系統對傳感器的技術要求；l了解傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器了解傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器。自行設計傳感器自行設計傳感器一、傳感器的選用一、傳感器的選用第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理將被測量將被測量轉換轉換后續電路可用電量：后續電路可用電量：1.1.轉換范圍：轉換范圍：與被測量實際變化范圍相一致。與被測量實際變化范圍相一致。2.2.轉換精度：轉換精度：符合整個測試系統根據總精度要求而符合整個測試系統根據總精度要求而分配給傳感器的精度指標；分配給傳感器的精度指

6、標；3.3.轉換速度（帶寬）：轉換速度（帶寬）：符合整機要求；符合整機要求；4.4.能滿足被測介質和使用環境的特殊要求；能滿足被測介質和使用環境的特殊要求；5.5.能滿足能滿足可靠性和可維護性可靠性和可維護性的要求。的要求。( (一一) ) 對傳感器的主要技術要求對傳感器的主要技術要求第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理對于一種被測量，常常有多種傳感器可以對于一種被測量，常常有多種傳感器可以測量，在都能滿足測量范圍、精度、測量，在都能滿足測量范圍、精度、 速度、使速度、使用條件等情況下，應側重相配電路是否用條件等情況下，應側重相配電路是否簡單、簡單、可靠、性價比。可靠、性價比。 ( (二二)

7、 ) 選用什么類型傳感器選用什么類型傳感器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理大信號輸出傳感器的使用大信號輸出傳感器的使用 1 1、大信號輸出傳感器、大信號輸出傳感器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理采用頻率敏感效應器件構成，也可以由敏感參數采用頻率敏感效應器件構成，也可以由敏感參數R R、L L、C C構成的振蕩器，或模擬電壓輸入經構成的振蕩器，或模擬電壓輸入經 V/FV/F轉換等。轉換等。具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳送等優點。送等優點。 2 2、數字式傳感器、數字式傳感器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理頻率量及開關量輸出傳

8、感器的使用頻率量及開關量輸出傳感器的使用 第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理集成傳感器是將傳感器與信號調理電路做成一體。集成傳感器是將傳感器與信號調理電路做成一體。例如，將應變片、應變電橋、線性化處理、電橋例如，將應變片、應變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構成集成壓力傳感器。放大等做成一體，構成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸入通道的信號調理任采用集成傳感器可以減輕輸入通道的信號調理任務，務，簡化通道結構簡化通道結構, ,提高可靠性提高可靠性。3. 3. 集成傳感器集成傳感器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理信號拾取、變換、傳輸都是通過光導纖維實現的，信號拾取、變換、傳

9、輸都是通過光導纖維實現的，避免了電路系統的電磁干擾。從根本上解決由現避免了電路系統的電磁干擾。從根本上解決由現場通過傳感器引入的干擾。場通過傳感器引入的干擾。4.4.光纖傳感器光纖傳感器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理l放大器為什么要放大器為什么要“前置前置”，即設置在調理電路即設置在調理電路的最前端？的最前端？l前置放大器的放大倍數應該多大？前置放大器的放大倍數應該多大？二、運用前置放大器的依據二、運用前置放大器的依據當傳感器輸出信號當傳感器輸出信號比較小比較小，采集系統輸入端信噪，采集系統輸入端信噪比低，必須選用前置放大器進行放大。比低，必須選用前置放大器進行放大。第二節第二節 模擬

10、信號調理模擬信號調理第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理放大器噪聲分析放大器噪聲分析 2200)()(KVKKVVININON總的等效輸出噪聲：總的等效輸出噪聲：總的等效輸入噪聲：總的等效輸入噪聲：20200)(KVVKKVVININONINKVVONIN/兩種調理電路的對比兩種調理電路的對比 21202120)()(KVVKVKVVINININININ21202021)()(INININININVVKKVKVV（a）（b）由于由于 K1,所以，所以， ，調理電路中放大器設置在，調理電路中放大器設置在濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。ININVV

11、第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理三、信號調理通道中的常用放大器三、信號調理通道中的常用放大器 u儀用放大器儀用放大器u程控增益放大器程控增益放大器u隔離放大器隔離放大器 第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理( (一一) ) 儀用放大器儀用放大器 儀用放大器的基本結構儀用放大器的基本結構 第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理儀用放大器上下對稱，即圖中儀用放大器上下對稱，即圖中R1=R2R1=R2，R4R4R6R6，R5R5R7R7。則放大器閉環增益為：。則放大器閉環增益為：假設假設R4=R5R4=R5，即第二級運算放大器增益為，即第二級運算放大器增益為1 1，則可，則可以推出儀用放大器

12、閉環增益為：以推出儀用放大器閉環增益為：由上式可知，通過調節電阻由上式可知，通過調節電阻R RG G，可以很方便地改，可以很方便地改變儀用放大器的閉環增益。當采用集成儀用放大變儀用放大器的閉環增益。當采用集成儀用放大器時，器時，R RG G一般為外接電阻。一般為外接電阻。 451/)/21 (RRRRAGf)/21 (1GfRRA第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理l 非線性度非線性度 l 溫漂溫漂l 建立時間建立時間 l 恢復時間恢復時間l 電源引起的失調電源引起的失調l 共模抑制比共模抑制比 儀用放大電路主要性能指標：儀用放大電路主要性能指標：第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理它是指

13、放大器實際輸出輸入關系曲線與理它是指放大器實際輸出輸入關系曲線與理想直線的偏差。想直線的偏差。VIVO1 1、非線性度、非線性度第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫度變化而溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度。變化的程度。輸出電壓會隨溫度的變化而發生輸出電壓會隨溫度的變化而發生(150)(150) V/V/變化，這與儀用放大器的增益有關。變化，這與儀用放大器的增益有關。2 2、溫漂、溫漂第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理指從階躍信號驅動瞬間至儀用放大器輸出指從階躍信號驅動瞬間至儀用放大器輸出電電 壓達到并保持在給定誤差范圍內所需壓達到并保持在給定

14、誤差范圍內所需的時間。的時間。3 3、建立時間、建立時間第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理指放大器撤除驅動信號瞬間至放大器由飽和指放大器撤除驅動信號瞬間至放大器由飽和 狀態恢復到最終值所需的時間。狀態恢復到最終值所需的時間。放大器的建立時間和恢復時間是由頻帶寬放大器的建立時間和恢復時間是由頻帶寬度決定，直接影響數據采集系統的采樣速度決定，直接影響數據采集系統的采樣速率。率。放大器增益帶寬積指標放大器增益帶寬積指標第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理4 4、恢復時間、恢復時間指電源電壓每變化指電源電壓每變化1%1%，引起放大器的漂移，引起放大器的漂移電壓值。電壓值。儀用放大器一般用作數據采

15、集系統的前置儀用放大器一般用作數據采集系統的前置放大器，對于共用電源系統，該指標則是放大器，對于共用電源系統，該指標則是設計系統穩壓電源的主要依據之一。設計系統穩壓電源的主要依據之一。 5 5、電源引起的失調、電源引起的失調第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理CMRR=20logAdef/Acom共模電壓存在場合共模電壓存在場合6 6、共模抑制比、共模抑制比第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理程控放大器是常用部件，為了在整個測量程控放大器是常用部件，為了在整個測量范圍內獲取合適的分辨力，常采用可變增范圍內獲取合適的分辨力，常采用可變增益放大器。益放大器。增益由儀器內置計算機的程序控制。這種

16、增益由儀器內置計算機的程序控制。這種由程序控制增益的放大器，稱為程控放大由程序控制增益的放大器，稱為程控放大器。器。 ( (二二) ) 程控增益放大器程控增益放大器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理選用導通電阻小的模擬開關、精密電阻。選用導通電阻小的模擬開關、精密電阻。PGA202/204PGA202/204等是增益等是增益1 1、1010、100100、10001000四檔、由兩條四檔、由兩條TTLTTL邏輯控制。邏輯控制。程控放大器原理框圖程控放大器原理框圖 第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理隔離模式：隔離模式：兩口隔離兩口隔離：信號輸入部分與信號輸出部分：信號輸入部分與信號輸出部

17、分歐姆隔離；歐姆隔離；三口隔離三口隔離：信號輸入部分、信號輸出部分、：信號輸入部分、信號輸出部分、功率供給部分彼此歐姆隔離；功率供給部分彼此歐姆隔離；三種隔離辦法三種隔離辦法：光隔離、電容隔離、變壓：光隔離、電容隔離、變壓器隔離（電磁）。器隔離（電磁）。( (三三) ) 隔離放大器隔離放大器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理應用場合應用場合: :l高共模電壓場合：如電力線電流取樣、高共模電壓場合：如電力線電流取樣、強電場中測量小范圍電壓差；強電場中測量小范圍電壓差；l測試現場干擾比較大的微弱模擬信號，測試現場干擾比較大的微弱模擬信號，而對信號的傳遞精度要求又高而對信號的傳遞精度要求又高;l

18、多個系統不能共地。多個系統不能共地。第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理( (三三) ) 隔離放大器隔離放大器特點：特點：u能保護系統元件不受高共模電壓的損害，能保護系統元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統的損壞。防止高壓對低壓信號系統的損壞。u泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須須 提供偏流返回通路。提供偏流返回通路。u共模抑制比高，能對直流和低頻信號進行共模抑制比高，能對直流和低頻信號進行準確、安全的測量。準確、安全的測量。( (三三) ) 隔離放大器隔離放大器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理GF289GF289集成隔離放大器集成隔

19、離放大器第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理GF289GF289典型接法典型接法 第二節第二節 模擬信號調理模擬信號調理第二章第二章 大作業大作業 數據采集系統設計數據采集系統設計要求要求：性能指標自己：性能指標自己提出提出 （根據項目需要（根據項目需要）l采集系統的結構采集系統的結構l采集信號路數采集信號路數 l每路信號的主要特征每路信號的主要特征l計算機接口與控制邏輯計算機接口與控制邏輯lA/D等主要器件等主要器件l電源配置電源配置報告報告：l采集系統性能指標采集系統性能指標l原理方框圖及說明原理方框圖及說明l規范的電路圖及說明規范的電路圖及說明l主要器件介紹主要器件介紹l參考文獻資料參

20、考文獻資料第三節第三節 傳統傳統 A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 uADC的基本概念的基本概念u技術指標的含義技術指標的含義u比較型比較型ADC、積分型積分型ADC、V/F轉換原理轉換原理u典型芯片選擇及接口設計典型芯片選擇及接口設計 （3、4看書查閱資料自學）看書查閱資料自學）量化特性及量化誤差量化特性及量化誤差 1.ADC1.ADC的基本概念的基本概念第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 QBVbbbaaaVVnnrnnnnnnrn)2/)(222()222(0022112211)2/)(2/1 ()2/)(2/1 (nrninrnVVVVVn

21、n位位ADCADC的理想傳輸函數由以下兩式定義：的理想傳輸函數由以下兩式定義： VrVr是模擬輸入滿量程是模擬輸入滿量程1.ADC1.ADC的基本概念的基本概念第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 理想理想ADCADC的傳輸特性和量化誤差的傳輸特性和量化誤差 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 u分辨率分辨率u轉換時間轉換時間u精度精度u誤差誤差2.A/D2.A/D轉換器技術指標的含義轉換器技術指標的含義第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ADCADC的分辨率定義為的分辨率定義為ADCADC所能分辨的

22、輸入模所能分辨的輸入模擬量的最小變化量。擬量的最小變化量。用用ADCADC輸出數字量的位數輸出數字量的位數n n表示，代表表示，代表ADCADC有有2 2n n個可能狀態，可分辨出個可能狀態，可分辨出滿量程滿量程值的值的1/21/2n n 的輸入變化量。此輸入變化量稱為的輸入變化量。此輸入變化量稱為1LSB1LSB（即（即一個量子一個量子Q Q）(1) (1) 分辨率分辨率第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 A/DA/D轉換器完成一次轉換所需的時間定義為轉換器完成一次轉換所需的時間定義為A/DA/D轉換時間。其倒數稱為轉換轉換時間。其倒數稱為轉換速率速率l 與實

23、現轉換所與實現轉換所采用的電路技術采用的電路技術有關有關l 與與位數位數有關有關l 采集系統轉換時間還與采集系統轉換時間還與接口模式接口模式有關有關 (2) (2) 轉換時間轉換時間第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 l絕對誤差絕對誤差( (精度精度) )數字輸出碼所對應的模擬輸入電壓數字輸出碼所對應的模擬輸入電壓實際值與理想實際值與理想值之差。值之差。絕對誤差由增益誤差、偏移誤差、非線性誤差、絕對誤差由增益誤差、偏移誤差、非線性誤差、噪聲等組成。噪聲等組成。 l相對誤差相對誤差( (精度精度) )數字輸出碼所對應的模擬輸入實際值與理想值之數字輸出碼所對應的模擬

24、輸入實際值與理想值之差與模擬滿量程值之比，用表示。差與模擬滿量程值之比，用表示。絕對誤差絕對誤差/ /滿量程值之比。滿量程值之比。(3) (3) 精度與誤差精度與誤差第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 定義定義: :為使為使ADCADC的輸出最低位為的輸出最低位為1 1，施加到，施加到ADCADC模模擬輸入端的實際電壓與理論值擬輸入端的實際電壓與理論值(V(Vr r2 2n-1n-1)()(即即1LSB1LSB所對應的電壓值所對應的電壓值) )之差之差. .在一定環境溫度條件下，偏移電壓是可以調零在一定環境溫度條件下，偏移電壓是可以調零的。在的。在ADCADC的

25、產品技術說明書中都給出偏移誤差的產品技術說明書中都給出偏移誤差的溫度系數，單位為的溫度系數，單位為1010-6-6/，其值約在幾到幾十，其值約在幾到幾十范圍內。范圍內。l偏移誤差偏移誤差第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 l增益誤差增益誤差（滿量程誤差（滿量程誤差）指指ADCADC輸出達到滿量程時，實際模擬輸入與理想模輸出達到滿量程時，實際模擬輸入與理想模擬輸入之間的差值，以模擬輸入滿量程的百分數表擬輸入之間的差值，以模擬輸入滿量程的百分數表示。可調，受溫度影響。示。可調，受溫度影響。 l線性度誤差線性度誤差積分線性度積分線性度誤差和誤差和微分線性度微分線性度誤

26、差兩種。誤差兩種。a a積分線性度誤差積分線性度誤差偏移誤差和增益誤差均已調零后的實際傳輸特性與偏移誤差和增益誤差均已調零后的實際傳輸特性與通過零點和滿量程點的直線之間的最大偏離值，有通過零點和滿量程點的直線之間的最大偏離值，有時也稱為時也稱為線性度誤差線性度誤差。 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 b b微分線性度誤差微分線性度誤差定義為定義為ADCADC傳輸特性臺階的寬度（實際的量子值）傳輸特性臺階的寬度（實際的量子值）與理想量子值之間的誤差，也就是兩個相鄰碼間的與理想量子值之間的誤差，也就是兩個相鄰碼間的模擬輸入量的差值對于模擬輸入量的差值對于V Vr

27、r/2/2n n的偏離值。的偏離值。失碼（失碼（Missing CordMissing Cord）或跳碼）或跳碼(Skipped Cord)(Skipped Cord)，也，也叫做非單調性。叫做非單調性。 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ADCADC的積分線性度誤差的積分線性度誤差 ADCADC的微分線性度誤差的微分線性度誤差第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ADCADC的失碼現象的失碼現象 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 環境溫度的改變會造成偏移、增益和線環境溫度的改變會造成偏移、增益和

28、線 性度誤差的變化。性度誤差的變化。 溫度對誤差的影響溫度對誤差的影響第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 二、傳統二、傳統ADC的轉換原理的轉換原理( (一一) ) 比較型比較型ADCADC比較型比較型ADCADC可分為反饋比較型及非反饋（直可分為反饋比較型及非反饋（直接）比較型兩種。高速的并行比較型接）比較型兩種。高速的并行比較型ADCADC是是非反饋的，智能儀器中常用到的中速中精非反饋的，智能儀器中常用到的中速中精度的逐次逼近型度的逐次逼近型ADCADC是反饋型是反饋型. .第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 第三節第三節 傳

29、統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 逐次逼近式轉換器原理逐次逼近式轉換器原理 ( (二二) ) 積分型積分型ADCADC第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 雙積分雙積分ADC ADC 雙積分式雙積分式ADCADC的優點：的優點：l對對R R、C C及時鐘脈沖及時鐘脈沖T Tc c的長期穩定性無過高要的長期穩定性無過高要求即可獲得很高的轉換精度。求即可獲得很高的轉換精度。l微分線性度極好，不會有非單調性，不丟碼微分線性度極好，不會有非單調性，不丟碼l積分電路為抑制噪聲提供了有利條件。雙積積分電路為抑制噪聲提供了有利條件。雙積分式分式ADCADC是測

30、量輸入電壓在定時積分時間是測量輸入電壓在定時積分時間T T1 1內的內的平均值，對干擾有很強的抑制作用，尤其對正平均值，對干擾有很強的抑制作用，尤其對正負波形對稱的干擾信號抑制效果更好。負波形對稱的干擾信號抑制效果更好。 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ( (三三) V/F) V/F型型ADCADCl 對工頻干擾有一定的抑制能力；對工頻干擾有一定的抑制能力；l 分辨率較高；分辨率較高；l 適合現場與主機系統距離較遠的應用場合；適合現場與主機系統距離較遠的應用場合；l 易于實現光電隔離。易于實現光電隔離。 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換

31、器及接口技術 三、常用三、常用ADCADC與微處理器的接口與微處理器的接口 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ( (一一) AD54A) AD54A及其與微處理器的接口及其與微處理器的接口AD57A的管腳圖的管腳圖第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 ADC574AADC574A單極性和雙極性輸入接法單極性和雙極性輸入接法 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 單極性接法單極性接法雙極性接法雙極性接法AD574AD574的控制狀態表：的控制狀態表：無關位0H（偶數地址）1H（奇數地址）第三節第三節 傳

32、統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 AD574AAD574A啟動轉換和讀數據時序啟動轉換和讀數據時序 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 AD574AAD574A與與80318031的接口的接口 第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 AD574AD574系列產品主要性能比較系列產品主要性能比較第三節第三節 傳統傳統A/DA/D轉換器及接口技術轉換器及接口技術 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術過采樣技術過采樣技術-調制技術調制技術增加了數字電路的比例，易于實現單片集成增加了數字電路的比

33、例，易于實現單片集成以較低的成本實現高精度的以較低的成本實現高精度的A/DA/D變換器變換器理論基礎理論基礎: :信號采樣量化理論信號采樣量化理論l若輸入信號的最小幅度大于量化器的量化階梯若輸入信號的最小幅度大于量化器的量化階梯Q, Q, 量化噪聲的總功率是一個常數量化噪聲的總功率是一個常數, ,與采樣頻率與采樣頻率f fs s無關無關, ,功率密度譜功率密度譜在在0f0fs s/2/2的頻帶范圍內均勻分布。的頻帶范圍內均勻分布。l量化噪聲電平與采樣頻率成反比量化噪聲電平與采樣頻率成反比, ,提高采樣頻率提高采樣頻率, ,可以降低量化噪聲電平可以降低量化噪聲電平, ,而而基帶基帶是固定不變的是

34、固定不變的, ,因因而減少了基帶范圍內的噪聲功率而減少了基帶范圍內的噪聲功率, ,提高了信噪比。提高了信噪比。理論基礎理論基礎: :信號采樣量化理論信號采樣量化理論一、一、 - - 型型ADCADC原理原理第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術功功率率密密度度1.1.過采樣技術過采樣技術第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術帶模擬濾波和數字濾波的過采樣帶模擬濾波和數字濾波的過采樣 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術一階一階- ADC - ADC 2.-2.-調制及噪聲整形技術原理調制及噪聲整形技術原理 第四

35、節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術l -調制器原理調制器原理l 積分器及其數量階數積分器及其數量階數l 量化器及其數量級數量化器及其數量級數第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術-調制器的頻域線性化模型調制器的頻域線性化模型 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術 整形后的量化噪聲分布整形后的量化噪聲分布第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術二階二階- ADC - ADC 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術信噪比與階數和過采樣倍率之間的關系信噪比與階數

36、和過采樣倍率之間的關系 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術精度精度(n)M(1階階)M(2階階)M(3階階)M(4階階)12204865 14819212936221632768257593118131072514934320524288103414561單級單級調制器調制器14階與達到分辨率的最低過采樣比階與達到分辨率的最低過采樣比 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術D=4的采樣抽取的采樣抽取 3.3.數字濾波和采樣抽取技術數字濾波和采樣抽取技術 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術1. CS536

37、0簡介簡介uu 真正的真正的24位轉換位轉換uu 105dB的動態范圍的動態范圍uu 低噪聲，總諧波失真低噪聲，總諧波失真95dBuu - A/D轉換技術轉換技術uu 片內數字抗混疊濾波及電壓參考片內數字抗混疊濾波及電壓參考uu 最高采樣率最高采樣率50KHzuu 差動模擬輸入差動模擬輸入uu 單單+5V電源供電電源供電二、二、CS5360CS5360及其與微處理器的接口及其與微處理器的接口 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術CS5360CS5360功能框圖功能框圖CS5380 CS5381第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術數字接

38、口電路功能框圖數字接口電路功能框圖 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術接口功能框圖接口功能框圖 基于基于FPGAFPGA的數字接口電路部分的設計的數字接口電路部分的設計 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術 串并轉換電路原理圖串并轉換電路原理圖 第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術逐次近似逐次近似A/DA/D法（幾十法（幾十MHzMHz）閃電式閃電式A/DA/D法（幾百法（幾百MHzMHz）分量程分量程A/DA/D法（幾百法（幾百MHzMHz）流水線流水線A/DA/D法（幾百法（幾百MHzMHz）諧振隧

39、道二極管諧振隧道二極管A/DA/D法（法（1GHz1GHz以上）以上）視頻、數字示波器、頻譜測試、雷達視頻、數字示波器、頻譜測試、雷達 采樣率采樣率10MHz10MHz以上以上參考書：席德勛，現代電子技術，高等教育教育出版社參考書：席德勛，現代電子技術，高等教育教育出版社高速高速A/DA/D轉換器轉換器第四節第四節 - - 型型ADCADC原理與接口技術原理與接口技術 一、系統設計考慮的因素一、系統設計考慮的因素 二、二、A/DA/D轉換器的選擇要點轉換器的選擇要點 三、采樣保持器三、采樣保持器S/HS/H的選擇的選擇 四、多路測量通道的串音問題四、多路測量通道的串音問題 五、主放大器的設置五

40、、主放大器的設置 六、數據采集系統實例六、數據采集系統實例 第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例v 輸入信號的特性輸入信號的特性 v 對數據采集系統性能的要求對數據采集系統性能的要求v 接口特性接口特性一、采集系統設計考慮的主要因素一、采集系統設計考慮的主要因素第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例輸入信號的特性：輸入信號的特性：1.1. 信號的數量信號的數量2.2. 信號的輸入方式（信號的輸入方式（單端、差動、單極性、單端、差動、單極性、雙極性，接地、浮地）雙極性，接地、浮地） 3.3. 信號的強弱及動態范圍信號的強弱及動態范圍4.4. 信號的頻帶寬

41、度信號的頻帶寬度5.5. 信號是周期還是瞬態信號是周期還是瞬態6.6. 信號中的噪聲信號中的噪聲7.7. 共模電壓大小共模電壓大小8.8. 信號源的阻抗信號源的阻抗第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例對數據采集系統性能的要求：對數據采集系統性能的要求：1. 系統的采樣速率系統的采樣速率2.2. 系統的分辨率系統的分辨率3.3. 系統的精度系統的精度1.1.主機（主機（PCPC、MCUMCU、DSPDSP）2.2.并行、串行、總線并行、串行、總線3.3.數據的編碼格式數據的編碼格式 接口特性接口特性 ：第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例1.A/D1.

42、A/D轉換位數轉換位數2.2.轉換速度轉換速度3.3.環境條件環境條件 4.4.接口接口二、二、A/DA/D轉換器的選擇要點轉換器的選擇要點第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例min,max,1lg20IIVVL 61Lm 1210m系統精度指標系統精度指標 的的10倍倍原則原則1.A/D1.A/D轉換位數轉換位數m m第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例轉換速率轉換速率fsfs =cott 1coDAttT/ocDAttNCfTmax/12. A/D2. A/D轉換速度的確定轉換速度的確定 第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例三、采樣保持器三、采樣保持器S/HS/H的選擇的選擇 第五節第五節 數據采集系統設計及舉例數據采集系統設計及舉例APiotdtdVVmaxmax,)(最大孔徑誤差最大孔徑誤差 APmotfUU2max,tUUmicos在數據采集系統中，若要求最大孔徑誤差不超過在數據采集系統中，若要求最大孔徑誤差不超過q q，則由此限定的被轉換信號的最高頻率為則由此