前向通道与数据采集

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1、前向通道与数据采集1wangshigang@vip.sina.com3.信号的放大大部分传感器产生的信号都比较微弱,需经过放大才能满足A/D转换器输入信号的幅度要求。要完成这类信号放大功能的放大器,必需用低噪声、低漂移、高增益、高输入阻抗和高共模抑制比的直流放大器，这类放大器常用的有：测量放大器可编程序放大器隔离放大器测量放大器又称仪表放大器一般采用多运放平衡输入电路图7-16所示是最基本的电路。由图可知,该电路是由三个运算放大器N1、N2、N3组成。其中N1和N2组成具有对称结构的同相并联差动输入/输出级,作用是阻抗变换(高输入

2、阻抗)和增益调整N3为单位增益差动放大器将N1、N2的差动输入双端输出信号转换为单端输出信号,且提高共模抑制比CMRR的值。在N1和N2部分可由RG来调整增益,此时RG的改变不影响整个电路的平衡。N3的共模抑制精度取决于4个RB之电阻的匹配精度。根据叠加原理分析可以得到U1=-(1+RA/RG)UI--RA/RGUI-U2=(1+RA/RG)UI++RA/RGUI+则测量放大器输出电压U0=U1+U2=(1+2RA/RG)(UI+-UI-)其增益为G=1+2RA/RG由于对两个输入信号的差动作用,漂移减少,且具有高输入阻抗、低失调

3、电压、低输出阻抗和高共模抑制比以及线性度较好的高增益。可供选择的芯片：AD521AD522INA101WS112………以INA101为例：由于INA101采用单芯片结构,而且关键部件均采用激光微调技术,所以该芯片具有较高性价比。其主要特性指标为：漂移电压≤O.25V/°C偏移电压≤25V线性度≤0.002%共模抑制比≥106dB(60Hz)输入阻抗1010电源20V输入电压范围20V图7-1所示为INA101的一种简单接法。其增益用外接电阻RG调节,G=1+40k/RGRG的基准值和电阻的温度系数直接影响增益精度和漂移

4、,因此,RG应选用精密电阻对于不同通道,测量放大器的增益也不同。这就需要使用由微机编程选择增益的放大器,也就是可编程放大器。将测量放大器的RG增益调节电阻用多路选择器改变其接通电阻就实现了增益的调节,实现该功能的常用芯片有：AD612/614、PGA1200/201、PGA100等AD612/614为典型的三运放结构,片内有精确的电阻网络使其增益可控。4.模拟信号的隔离技术由于输入通道存在干扰和噪声,造成来自生产现场的测量信号不准确、不稳定特别是当存在强电干扰时,会直接影响系统的安全。在输入通道中,常常采用信号隔离措施,放大器一般

5、采用隔离放大器。隔离放大器适用于:①消除由于信号源接地网络的干扰所引起的测量误差②测量处于高共模电压下的低电平信号③不需要对偏置电流提供返回通路④保护应用系统电路不致因输入端或输出端大的共模电压造成损坏。根据藕合的不同,隔离放大器可分为变压藕合隔离放大器和光藕合隔离放大器。图7-18为变压藕合隔离放大器的结构及示意图放大器分为输入A和输出B两个独立供电的回路,它包含4个基本部件,即高性能的输入放大器N1、调制和解调器、信号藕合变压器以及输出运算放大器N2输入信号经N1放大后由调制解调器变为交流,通过耦合变压器给输入电路。输出电路的

6、解调器把该信号转换成直流信号,然后经滤波器送到输出运算放大器N2放大输出。工作电压由Us端输入，而输入电路的电源由逆变器提供。这类放大器有AD202/204、AD210、Model277模拟信号的光电隔离需要使用线性的光电藕合器,线性的光电藕合器的等效电路可看做普通三极管,如可达1Mbps高速线性输出的光电耦合器6N135,它的输出特性和引脚图如图7-19所示，输入端发光二极管的IF在10~20mA，UO=2~14V时,IO与IF呈较好的线性关系。7.3.2A/D转换器及其性能指标A/D转换器简称ADC,当输入是一定范围内的模拟量

7、信号(通常为模拟电压信号)时,其输出是某种形式的数字信号。不同种类和型号的A/D转换器有不同的性能指标,在选用A/D转换器时,首先应对其性能指标有所了解,确定其性能是否能够满足应用要求,以及在价格上是否合理。性能指标主要有以下几个:1.接口特性(Interfacing)接口特性主要涉及ADC如何与应用电路连接,包括A/D转换的启动、数字输出的形式以及输出时序等。有些ADC带有多路模拟开关,还要涉及如何选择输入通道。有些ADC包含了LED或LCD的驱动电路,以扫描形式输出数字信号。现在还有不少ADC具有串行输出接口,适用于远距离采样

8、和通信。许多ADC具有与微处理机相连的接口,也称为有μP兼容性能的ADCADC的输出数字信号主要有二进制数字信号、BCD码信号和频率信号。输出二进制数字信号的A/D转换器常用输出位数来称呼,如8位A/D转换器(或8BitADC)、16位A/D转换器