现代检测技术与系统胡向东电子课件第12章节(1776KB).ppt

开关电容滤波器 开关电容滤波器是一种新型的适合大规模集成化的滤波器，其主要特点是用开关和电容来代替电路中的电阻。 开关电容电路如图12.15所示。 图12.15 开关电容及其等效电阻 12.3 信号转换 12.3.1 A/D转换 A/D转换就是将模拟量转换成数字量，实现将模拟量转换为数字量的器件称为A/D转换器（即ADC）。A/D转换器作为数据采集的必要通道，是DAQ硬件和数据采集系统的核心，因为大多数被测量都是模拟量，必须转化为数字量才能为计算机所识别和处理。 A/D转换器的类型 A/D转换器按工作原理的不同可以有多种形式，但在智能检测系统中采用较多的主要有积分型、逐次逼近型、并行型三类。 1.积分型A/D转换器 又称为间接型A/D转换器，因为它要先将输入的模拟量（模拟电压）转换成某种中间量（时间间隔或频率），然后再将中间量转换为相应的数字量。积分型A/D转换器种类很多，如单积分型、双积分型、四重积分型、电荷平衡积分型和脉冲宽度调制型等。 双积分型A/D转换器的电路组成如图12.16所示，它由积分器（由集成运放A组成）、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时器/计数器（FF0～FFn）等几部分组成。 图12.16　双积分型A/D转换器原理图 图12.20　双积分型A/D转换器的波形图 2.逐次逼近型A/D转换器 也称为直接型A/D转换器，因为它按照天平称重的思路，将输入模拟量（模拟电压）与不同的参考电压多次直接进行比较，然后转换成相应的数字量，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值；其转换时间与转换精度适中，转换时间一般在微秒级，转换精度一般在0.1%左右，适用于一般场合。 逐次逼近型A/D转换器的基本工作原理如图12.17所示。 图12.17 逐次逼近型A/D转换器工作原理 图12.22　3位逐次逼近型A/D转换器 3.并行型 A/D转换器 并行型 A/D转换器是将输入模拟电压进行量化，并将得到的个（对应位输出数字信号）量化电平与各基准电压进行并行比较，再将比较结果进行编码，给出相应的数字量输出；由于采用并行比较，因而转换速率很高，转换周期在微秒级，是目前能获得最快转换速度的A/D转换器，但结构复杂、抗干扰能力较差。由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。这类A/D转换器可用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器中。 3位并行型A/D转换器原理如图12.18所示。 图12.18　并行型A/D转换器原理图 A/D转换器的性能参数 A/D转换器有四种最主要的性能参数：采样位数、分辨率、精度和转换时间。 采样位数：采样位数是指A/D转换器输出二进制的位数。 分辨率与分辨力：分辨力是指A/D转换器可分辨的输入信号变化范围，是ADC对输入信号微小变化响应能力的度量。分辨率一般以A/D转换器输出的二进制位数表示，分辨力则为数字输出的最低位（即1LSB）所对应的模拟量输入值。 精度：精度是指转换器的实际变换函数与理想变换函数的接近程度，精度一般用量化误差表示。 转换时间：转换时间是指完成一次A/D转换所需要的时间，即从输入转换启动信号开始到转换结束所经历的时间。 A/D转换器工作原理 目前在智能检测系统中多用脉冲调宽式A/D转换器。脉冲调宽式A/D转换器是在双积分式A/D转换器基础上发展起来的，其原理如图12.19(a)所示，它由一个积分器、两个比较器、一个可逆计数器和一些门电路组成， A/D转换器各点波形如图12.19(b)所示。 图12.19 脉冲宽度A/D转换器原理图 ADC的选用 目前，已有品种众多、性能各异的集成ADC芯片可供选用。选用时主要考虑以下几个方面： 确定ADC的位数； 工作电压和基准电压的选择 ； 确定ADC的转换速率 。 12.3.2 D/A转换 D/A转换器的工作原理 D/A转换器是将数字量转换为模拟量输出的器件；D/A转换器的基本功能是将数字量转换为与其大小成正比的模拟量。常用的D/A转换器由电阻网络（如T形电阻网络、二进制权电阻网络）、开关及基准电源等部分组成，但目前基本上都已采用集成芯片实现。为便于接口，有的D/A转换器芯片内还带有锁存器。 1.T型电阻网络D/A转换器 一个4位的T型电阻网络D/A转换器原理框图如图12.20所示。 图12.20　D/A转换器原理框图 2.二进制权电阻网络D/A转换器 4位二进制权电阻网络D/A转换器原理如图12.21所示。 图12.21　二进制权电阻网络D/A转换器 D