AD和DA接口技术讲析.ppt

第9章 A/D和D/A接口技术 9.1 模拟量输入通道 9.2 A/D转换接口技术 9.3 D/A转换接口技术 9.1 模拟量输入通道 对各元器件的要求 1．传感器的选择 传感器可以分为两大类：一类为模拟量输出；另一类为开关量。 在选择传感器时，要注意考虑下列几点： （1）工作范围：器件本身的工作范围不能小于所测量的变化范围。 （2）环境条件：工作环境的温度、湿度、气压、有害气体浓度及连续 工作时间等；选用器件的适应范围应高于实际环境条件。 （3）灵敏度与精度：两个不同的概念，灵敏度指的是输出量的变化与 引起此变化的输入量变化之比；而精度则是传感器在工作范围内 最大误差与其工作范围之比。 （4）可靠性：传感器一般安放在工业现场，而现场的环境又可能比较 差，因此在一些场合对可靠性的要求会很高。可靠性也是一个与寿 命相联系的物理量。 2．对采样/保持器的要求 （1）不带采样/保持器的单通道A/D转换 对于直流或者低频信号，通常可以不带采样/保持器。这时模拟输入 压的最大变化率与A/D转换器的转换率有如下关系： 式中：TCONV ——A/D转换时间； VFS ——转换器的满刻度值； n ——转换器的分辨率。 例如对AD574：VFS＝10V，n＝12，TCONV＝25μs 则输入电压最大变化率为： （2）带有采样保持器的单通道A/D转换 在模拟信号变化率较大的输入通道，需要采用采样保持器，这时模拟输入信号的最大变化率取决于采样保持器的孔径时间。其输入的模拟信号最大变化率为： 式中：n ——分辨率； VFS ——转换器的满刻度值； Tap ——孔径时间，保持命令发出到输入控制开关K完全断开 所需时间。 分辨率n是指A/D转换结果的分辨能力。若用百分数来表示AD574的分辨率则为： （3）采样/保持器 在A/D进行转换期间，保持输入信号不变的电路为采样/保持电路。 3．采样定理及采样周期的选择 采样周期由模拟信号带宽、数据通道路数和每个周期的采样数决定。 采样定理：在理想的数据采集系统中，为了使采样输出信号能无失 真地复现原输入信号，必须使采样频率（fs）至少为输入信号最高有效 频率（fmax）的两倍，即fs ≥2 fmax ，否则会出现频率混迭误差。 实际使用时，为了保证数据采集精度，在前向通道中的采样值一般 按下述方法取值： （1）增加每个周期的采样数，通常 fs＝(5～10)fmax 。 （2）在A/D转换前设置低通滤波器，消除信号中无用的高频分量。 （3）对于多通道数据采集系统，由于是分时控制采样，则最小采样频 率应为： fs =(7～10)fmax×N 其中N为通道数。最大采样周期：Ts＝1/fs 。 表9-2 AD7501 真值表 9.2 A/D转换接口技术 9.2.1 A/D转换硬件设计要考虑的问题在前向通道选用A/D转换芯片时，要注意考虑下面几个问题: 1．分辨率与量化误差 A/D转换器的分辨率是指转换器所能感受到的模拟输入量的最小变 化值。通常定义为满刻度电压值与2N之比值。 量化误差是由于A/D转换器的分辨率有限所引起的误差，其大小通 常规定为±1/2LSB。 2．精度 A/D的转换精度是反映实际A/D转换器在量化值上与一个理想A/D 转换器的差值，可表示成绝对误差和相对误差。 绝对误差的大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。 相对误差是指绝对误差与满刻度值之比，用百分数（％）来表示。 3．转换时间和转换速率 A/D转换器完成一次转换所需的时间叫转换时间。而转换速率是转换时间的 倒数。A/D转换器按转换速度可分为三类：低速、中速和高速。 4．接口时注意的问题 （1）模拟量输入信号的连接 对A/D转换器的输入极性的不同可通过改变外接线路来改变量程。 微机系统的多通道输入可采用两种方法：a. 采用单路模拟输入的A/D芯片， 在模拟量输入端加接多路开关；b. 采用