智能仪器第二章课件.ppt

AD574A与8031的接口 AD574系列产品主要性能比较 第四节 ?-?型ADC原理与接口技术 过采样技术 Σ-Δ调制技术 增加了数字电路的比例，易于实现单片集成 以较低的成本实现高精度的A/D变换器 理论基础:信号采样量化理论 若输入信号的最小幅度大于量化器的量化阶梯Q, 量化噪声的总功率是一个常数,与采样频率fs无关,功率密度谱在0~fs/2的频带范围内均匀分布。 量化噪声电平与采样频率成反比,提高采样频率,可以降低量化噪声电平,而基带是固定不变的,因而减少了基带范围内的噪声功率,提高了信噪比。 理论基础:信号采样量化理论 一、?-?型ADC原理 1. 过采样技术 过采样： 以远远高于奈奎斯特（Nyquist)采样频率的频率对模拟信号进行采样。 过采样技术原理图 功率密度 (二) 程控增益放大器 程控放大器是常用部件，在许多实际应用中，为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，常采用可变增益放大器。 增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。 程控放大器原理框图 选用导通电阻小的模拟开关、精密电阻。 PGA202/204等是增益1、10、100、1000四档、由两条TTL逻辑控制。 (三) 隔离放大器 隔离模式： 两口隔离：信号输入部分与信号输出部分欧姆隔离； 三口隔离：信号输入部分、信号输出部分、功率供给部分彼此欧姆隔离； 三种隔离办法：光隔离、电容隔离、变压器隔离（电磁）。 应用场合: 高共模电压场合：如电力线电流取样、强电场中测量小范围电压差； 测试现场干扰比较大的微弱模拟信号，而对信号的传递精度要求又高; 多个系统不能共地。 特点： 1. 能保护系统元件不受高共模电压的损害， 防止高压对低压信号系统的损坏。 2. 泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须 提供偏流返回通路。 3. 共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准确、安全的测量。 GF289集成隔离放大器 GF289典型接法 第三节 传统 A/D转换器及接口技术 ADC的基本概念 技术指标的含义 比较型ADC、积分型ADC、V/F的转换原理 典型芯片选择及接口设计 量化特性及量化误差 1.ADC的基本概念 一般而言，n位ADC的理想传输函数由以下两个式子定义： Vr是模拟输入满量程 理想ADC的传输特性和量化误差 A/D转换器技术指标的含义 分辨率 转换时间 精度 误差 (1) 分辨率 ADC的分辨率定义为ADC所能分辨的输入模拟量的最小变化量。 用ADC输出数字量的位数n表示，代表ADC有2n个可能状态，可分辨出满量程值的1/2n 的输入变化量。此输入变化量称为1LSB（即一个量子Q） (2) 转换时间 A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间。其倒数称为转换速率。 与实现转换所采用的电路技术有关 与位数有关 采集系统转换时间还与接口模式有关 (3) 精度与误差 绝对误差(精度) 数字输出码所对应的模拟输入电压实际值与理想值之差。 绝对误差由增益误差、偏移误差、非线性误差、噪声等组成。 相对误差(精度) 数字输出码所对应的模拟输入实际值与理想值之差与模拟满量程值之比，用％表示 。绝对误差/满量程值之比。 偏移误差（又称为偏移电压） 定义:为使ADC的输出最低位为1，施加到ADC模拟输入端的实际电压与理论值 (1/2Vr／2n)(即1/2LSB所对应的电压值)之差. 在一定环境温度条件下，偏移电压是可以调零的。在ADC的产品技术说明书中都给出偏移误差的温度系数，单位为10-6/℃，其值约在几到几十范围内。 增益误差（满量程误差） 指ADC输出达到满量程时，实际模拟输入与理想模拟输入之间的差值，以模拟输入满量程的百分数表示。可调，受温度影响。 线性度误差 积分线性度误差和微分线性度误差两种。 a．积分线性度误差 偏移误差和增益误差均已调零后的实际传输特性与通过零点和满量程点的直线之间的最大偏离值，有时也称为线性度误差。 b．微分线性度误差 定义为ADC传输特性台阶的宽度（实际的量子值）与理想量子值之间的误差，也就是两个相邻码间的模拟输入量的差值对于Vr/2n的偏离值。 失码（Missing Cord）或跳码(Skipped Cord)，也叫做非单调性。 ADC的积分线性度误差 ADC的微分线性度误差 ADC的失码现象 温度对误差的影响 环境温度的改变会造成偏移、增益和线性度误差的变化。 二、传统ADC的转换原理 (一) 比较型ADC 比较型ADC可分为反馈比较型及非反馈（