2.2模擬輸出通道學院：電子信息與自動化學院專業(yè)：信號分析處理姓名：----

微機化測試系統(tǒng)信號輸出通道數(shù)字信號輸出通道模擬信號輸出通道測試結(jié)果的數(shù)字記錄（數(shù)字磁記錄或光記錄、打印紙記錄）測試結(jié)果的數(shù)據(jù)傳輸主要用于對連續(xù)變量的執(zhí)行機構(gòu)進行控制測試結(jié)果的數(shù)字顯示（LED、LCD顯示、CRT）2.2.1模擬輸出通道的基本理論一、零階保持與平滑濾波模擬信號數(shù)字化三環(huán)節(jié)：數(shù)字信號模擬化兩環(huán)節(jié)：量化采樣編碼由采樣開關(guān)或多路開關(guān)完成由A/D轉(zhuǎn)換器完成D/A保持討論：與“采樣”相反的“保持”是什么意思？怎樣實現(xiàn)？

1.如何填補采樣點之間的空白？

方法一：把相鄰采樣點之間用直線連接起來，稱為“一階保持”方式。方法二：每個采樣點的幅值保持到下一個采樣點，稱為“零階保持”方式。這種方式很容易用電路來實現(xiàn)。（a）一階保持（b）零階保持圖2-2-1一階保持與零階保持零階保持的電路實現(xiàn)寄存器寄存器寄存器D/AD/AD/AD/AS/HS/HS/H………(a)數(shù)字保持方式(b)模擬保持方式圖2-2-2零階保持器的兩種形式數(shù)據(jù)保持方式,模擬保持方式

上圖a為數(shù)據(jù)保持方式，即在D/A之間加設一個寄存器，讓每個采樣點的數(shù)據(jù)在該寄存器中一直寄存到本路信號的下個采樣點數(shù)據(jù)到來為止，這樣D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形就不是離散的脈沖電壓，而是連續(xù)的臺階電壓。上圖b為模擬保持方式，即在公用的D/A之后每路加一個采樣保持器，保持器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出子樣電壓保持到本路信號的下一個采樣電壓產(chǎn)生時為止。這樣采樣保持器輸出波形也是連續(xù)的臺階電壓。圖中的采樣保持器都起到零階保持的作用。g02TsTs3Ts4Ts5Tstf1(t)f(t)圖2-2-3零階保持器的輸出波形0ωs

ω2ωs

3ωs

Ts-πΦ(ω)Tst0(a)(b)圖2-2-4零階保持器的單位沖激響應（a）和頻率響應（b）模擬輸出通道的基本理論可以通過推導得:其中:稱為基帶頻譜稱為調(diào)制頻譜由下圖可知,保持器的頻譜響應具有突出基帶作用,可以部分阻止調(diào)制分量通過,所以,零階保持器輸出是階梯狀.為了平滑處理,引入一低通濾波器.

F(ω)

稱為基帶頻譜，F(xiàn)’(ω)稱為調(diào)制頻譜。為了使這些階梯變平滑，就需要一個低通濾波器將漏過的調(diào)制頻譜F’(ω)濾掉，而將基帶頻譜F(ω)保留下來。具有這種功能的低通濾波器成為平滑濾波器。

平滑濾波器H1（ω）H(ω)ω2ωsωsωc10Ts圖2-2-5零階保持和平滑濾波器的作用二、保持周期的確定

零階保持器的保持周期Ts為Ts=mt0，如果輸出通道中設定的保持周期Ts與模擬信號輸入通道中設定的采樣周期T相等，即Ts=T，則經(jīng)零階保持和平滑濾波后恢復的信號波形理論上與輸入保持相同。但若不滿足以上條件，而只保持固定的比例關(guān)系，即Ts/T=a(常數(shù))，則恢復的模擬信號f0(t)=f(t/a)。

三、數(shù)字自動增益控制（AGC）討論：為什么要采用數(shù)字自動增益控制（AGC）？簡單的說--就是把輸出信號取出一部分處理之后返回輸入端控制放大器或者處理電路的增益,使之保持在一個水平之內(nèi).比如我們說話的音量,說出去之后耳朵會取樣,告訴大腦我們現(xiàn)在說話的聲音有多大,再由大腦控制說話的音量.耳朵在這個過程中就是AGC電路輸出就是嘴,放大器和處理電路就是大腦.2.2.2模擬輸出通道的基本結(jié)構(gòu)寄存器D/A調(diào)理電路記錄器顯示器模擬輸出通道終端圖2-2-6模擬輸出通道的基本組成模擬信號輸出通道基本結(jié)構(gòu)單通道多通道數(shù)據(jù)分配分時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分配同時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)模擬分配分時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)比較和選擇一、數(shù)據(jù)分配分時轉(zhuǎn)換電路此電路不適合于要求多參量同步控制執(zhí)行機構(gòu)的系統(tǒng)主計算機數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1控制邏輯D/AD/AD/A調(diào)理電路調(diào)理電路調(diào)理電路執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)…………圖2-2-7數(shù)據(jù)分配分時轉(zhuǎn)換電路二、數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換電路D/AD/AD/A調(diào)理電路調(diào)理電路調(diào)理電路執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)………數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1…數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1數(shù)據(jù)寄存器R1…計算機控制邏輯圖2-2-8數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換電路三、模擬分配分時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)調(diào)理電路調(diào)理電路調(diào)理電路執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)……采樣保持器采樣保持器采樣保持器…D/A轉(zhuǎn)換器寄存器控制邏輯（a）調(diào)理電路調(diào)理電路調(diào)理電路執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)……跟隨保持放大器跟隨保持放大器跟隨保持放大器…模擬多路切換器控制邏輯D/A轉(zhuǎn)換器寄存器計算機（b）圖2-2-9分時轉(zhuǎn)換多通道模擬分配結(jié)構(gòu)四、比較和選擇1.比較：模擬分配方案因受存儲電容漏電因素的影響，通道輸出的穩(wěn)定性不易做得很好，但是由于存儲電容的積分平滑作用，通道的輸出不會出現(xiàn)大幅度的突跳現(xiàn)象，同時整個通道的成本較低；相比之下，數(shù)字分配方案電路復雜，成本較高，且通道的輸出存在突跳現(xiàn)象。但這種通道的輸出十分穩(wěn)定，輸出的精度和平滑程度僅由DAC的線性誤差和分辨力決定。2.選擇：1）對于中等分辨力（8位到10位）的輸出通道，采用2-2-8的方案能獲得較好的性能，成本與模擬不相上下。2）高于12位的輸出通道由于當前存儲電容的介質(zhì)吸附效應指標不夠理想，要使S/H滿足高分辨力和高速度的要求還比較困難，故雖然成本較高，但仍須采用2-2-8方案。2.2.3模擬輸出通道組成電路的選用一、D/A轉(zhuǎn)換器1.D/A位數(shù)的確定儀表精度δ應與D/A位數(shù)相匹配，即δ=2-n,若模擬執(zhí)行元件的分辨率為VTH,它所需要的控制信號的最大擺幅為Vmax,,則用來提供這一模擬信號的DAC的位數(shù)應該滿足下式：閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對其分辨力的要求比開環(huán)系統(tǒng)低。2.主要結(jié)構(gòu)特性和應用特性的選擇（1）數(shù)字輸入特性，應外接適當?shù)钠秒娐泛蟛拍軐崿F(xiàn)雙極性D/A轉(zhuǎn)換。（2）模擬輸出特性（3）鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制（4）參考源，不僅能保持較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡化接口電路。（1）數(shù)字輸入特性

D/A轉(zhuǎn)換器芯片一般都只能接收自然二進制數(shù)字代碼。因此，當輸入數(shù)字代碼為偏移二進制碼或2的補碼等雙極性數(shù)碼時，應外接適當?shù)钠秒娐泛蟛拍軐崿F(xiàn)雙極性D/A轉(zhuǎn)換。輸入數(shù)據(jù)格式一般為并行碼，對于芯片內(nèi)部配置有移位寄存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以接收串行碼輸入。不同的D/A芯片輸入邏輯電平要求不同。對于固定閾值電平的D/A轉(zhuǎn)換器一般只能和TTL或低壓CMOS電路相連，而有些邏輯電平可以改變的D/A轉(zhuǎn)換器可以滿足與TTL、高低壓CMOS、PMOS等各種器件直接連接的要求。（2）模擬輸出特性

對于輸出特性具有電流源性質(zhì)的D/A轉(zhuǎn)換器(如DAC08)，用輸出電壓允許范圍來表示由輸出電路(包括簡單電阻負載或者運算放大器電路)造成輸出端電壓的可變動范圍。只要輸出端的電壓小于輸出電壓允許范圍，輸出電流和輸入數(shù)字之間就會保持正確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而與輸出端的電壓大小無關(guān)。對于輸出特性為非電流源特性的D/A轉(zhuǎn)換器，如AD7520，DAC1020等，無輸出電壓允許范圍指標，電流輸出端應保持公共端電位或虛地，否則將破壞其轉(zhuǎn)換關(guān)系。（3）鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制圖2-2-8

若D/A轉(zhuǎn)換器沒有輸入鎖存器，通過CPU數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)字量時，必須外加鎖存器，否則只能通過具有輸出鎖存功能的I/O口給D/A送入數(shù)字量。有些D/A轉(zhuǎn)換器并不是對輸入的數(shù)字量立即進行D/A轉(zhuǎn)換，而是在外部施加了轉(zhuǎn)換控制信號后才開始轉(zhuǎn)換和輸出。具有這種輸入鎖存及轉(zhuǎn)換控制功能的D/A轉(zhuǎn)換器(如0832)，在CPU分時控制多路D/A輸入時，可做到多路D/A轉(zhuǎn)換的同步輸出，如上圖228所示。（4）參考電源

參考電壓源是惟一影響輸出結(jié)果的模擬參量，是D/A轉(zhuǎn)換接口中的重要電路，對接口電路的工作性能、電路的結(jié)構(gòu)有很大影響。使用內(nèi)部帶有低漂移精密參考電壓源的D/A轉(zhuǎn)換器(如AD563/565A)，不僅能保持較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡化接口電路。二、調(diào)理電路：輸出通路中的調(diào)理電路有濾波、電壓/電流轉(zhuǎn)換和放大等幾種形式。

1、濾波器：平滑濾波器可以采用截頻為的低通濾波器。2、V/I轉(zhuǎn)換和F/V轉(zhuǎn)換電流有利于長距離傳輸，電動單元組合儀表DDZ-Ⅱ型以0-10毫安為標準，DDZ-Ⅲ型4-20毫安為標準信號電流。大多數(shù)D/A電路的輸出為電壓信號，通常設置了電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換電路，將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。頻率量輸入通道和頻率量輸出通道：占用總線數(shù)量少，易于遠距離傳送，抗干擾能力強。常用V/F轉(zhuǎn)換器、F/V轉(zhuǎn)換電路。3、線性功率放大器

直流伺服控制中經(jīng)常要用到線性功率放大器，在用于開關(guān)量控制的輸出通道中大量使用開關(guān)型功率放大器。