智能仪器的数据采集技术.ppt

6. 共模抑制比 当放大器两个输入端具有等量电压变化值UI时，在放大器输出端测量出电压变化值UCM，则共模抑制比CMRR可用下式计算： CMRR也是放大器增益的函数，它随增益的增加而增大，这是因为测量放大器具有一个不放大共模的前端结构，这个前端结构对差动信号有增益，对共模信号没有增益。但CMRR的计算却是折合到放大器输出端，这样就使CMRR随增益的增加而增大。 (二) 程控增益放大器 程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在许多实际应用中，特别是在通用测量仪器中，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。在智能仪器中，可变增益放大器的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。 图3.10 程控放大器原理框图 (三) 隔离放大器 隔离放大器主要用于要求共模抑制比高的模拟信号的传输过程中，例如输入数据采集系统的信号是微弱的模拟信号，而测试现场的干扰比较大对信号的传递精度要求又高，这时可以考虑在模拟信号进入系统之前用隔离放大器进行隔离，以保证系统的可靠性。 由于隔离放大器采用了浮离式设计，消除了输入、输出端之间的耦合，因此具有以下特点： 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（电压或电流）进行准确、安全的测量。 图3.12 GF289集成隔离放大器 图3.14 GF289典型接法 第三节 A/D转换器及接口技术 A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在一般情况下，模拟量是指电压而言的。在数字系统中，数字量是离散的，一般用一个称为量子Q的基本单位来度量。 图3.15 量化特性及量化误差 一般而言，n位ADC的理想传输函数由以下两个式子定义： 图3.16 理想ADC的传输特性和量化误差 A/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平。 (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。 (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。 (3) 精度 ①绝对精度 绝对精度定义为：对应于产生一个给定的输出数字码，理想模拟输入电压与实际模拟输入电压的差值。 绝对精度由增益误差、偏移误差、非线性误差以及噪声等组成。 ②相对精度 相对精度定义为在整个转换范围内，任一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。 ③偏移误差。 ADC的偏移误差定义为使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1/2(Vr／2n)(即0.5LSB所对应的电压值)之差（又称为偏移电压）。 ④增益误差 增益误差是指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。 ⑤线性度误差 ADC的线性度误差包括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 积分线性度误差定义为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 积分线性度误差是从总体上来看ADC的数字输出，表明其误差最大值。但是，在很多情况下往往对相邻状态间的变化更感兴趣。微分线性度误差就是说明这种问题的技术参数，它定义为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。 图3.17 ADC的积分线性度误差 图3.18 ADC的微分线性度误差 与微分线性度误差直接关联的一个ADC的常用术语是失码（Missing Cord）或跳码(Skipped Cord)，也叫做非单调性。 图3.19 ADC的失码现象 ⑥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、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（直接）比较型两种。高速的并行比较型ADC是非反馈的，智能仪器中常用到的中速中精度的逐次逼近型ADC是反馈型 图3.20 逐次逼近式转换器原理 (二) 积分型ADC 图3.21 双积分ADC 双积分式ADC的优点： 对R、C及时钟脉冲Tc的长期稳定性无过高要求即可获得很高的转换精度。 微分线性度极好，不会有非单调性。因为积分输出是连续的，因此，计数必然是依次进行的,即从本质上说，不会发生丢码现象。 积分电路为抑制噪声提供了有利条件。双积分式ADC是测量输入电压在定时积分时