智能仪器设计基础 教学课件 作者 王祁 主编 第3章　数据采集技术.ppt

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1、第3章　数据采集技术3.1　概述3.2　测量放大器3.3　模拟多路转换器MUX3.4　采样保持电路3.5　A/D转换器(ADC)及其接口设计3.6　逐次逼近型A/D转换器及其接口3.7　双积分A/D转换器及其接口3.8　Σ-Δ型A/D转换器及其接口3.9　数据采集系统设计3.1　概述图3-1　数据采集系统结构框图图3-2　单通道数据采集系统3.1　概述图3-3　多通道一般型数据采集系统3.1　概述图3-4　多通道同步型数据采集系统3.1　概述图3-5　多通道并行数据采集系统3.1　概述3.2　测量放大器3.2.1　基本要求3.2.2　

2、通用测量放大器3.2.3　可编程测量放大器3.2.4　隔离放大器3.2.5　放大器的设置3.2.1　基本要求1)高输入阻抗，反应时间快。2)频率响应范围宽。3)高抗共模干扰能力。4)低漂移、低噪声及低输出阻抗。图3-6　测量放大器的一般结构3.2.2　通用测量放大器1)体积小，只有8个引脚。2)仅用一个外接电阻设置增益，增益范围为1～1000，G=(49.4kΩ/RG)+1。3)电源电压范围宽:±2.3～±18V。4)性能优于3个独立的运算放大器。5)低功耗，电源电流最大为1.3mA。6)优良的直流性能：7)低噪声。8)输入信号带宽1

3、20kHz(G=100)，到0.01%的建立时间为15μs。3.2.2　通用测量放大器图3-7　通用测量放大器图3-8　AD620引脚分配图图3-9　由AD620B组成的+5V单电源供电的压力测量电路3.2.3　可编程测量放大器图3-10　可编程测量放大器3.2.4　隔离放大器图3-11　AD277放大器的结构示意图3.2.5　放大器的设置有些智能仪器的采集电路在多路转换器MUX与采样保持器SHA之间设置了程控增益放大器PGA或瞬时浮点放大器IFP。为与调理电路中的前置放大器相区别，我们称采集电路中的放大器为“主放大器”。采集电路的任

4、务是将模拟信号数字化，为了使前端来的模拟信号幅值满足后续A/D转换器输入的要求，而在采集电路中设置了主放大器。3.3　模拟多路转换器MUX3.3.1　模拟多路转换器的功能3.3.2　模拟多路转换器的配置3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片3.3.4　多路测量通道的串音问题3.3.1　模拟多路转换器的功能表3-1　模拟多路转换器典型数值在智能仪器中，往往需要同时或依次采集多路信号，以便对生产过程的状态进行分析计算。对这些模拟信号进行模数转换时，常常使用公共的ADC，即采用分时方式占用ADC，也就是利用开关轮流切换每个被采集的信号与AD

5、C的通路。因此一种可控制的开关是数据采集系统必不可少的元件，这种开关称为模拟多路开关或模拟多路转换器(AnalogMultiplexer)。这里简称为多路转换器。3.3.2　模拟多路转换器的配置图3-12　模拟多路转换器的配置3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片图3-13　AD7501(AD7503)和AD7502的功能框图3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片表3-2　AD7501(AD7503)和AD7502通道选择真值3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片表3-3　AD7501(AD7503)和AD7502的主要参数3.3.3

6、　常用的半导体多路转换器芯片图3-14　AD7506和AD7507的功能框图3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片表3-4　AD7506和AD7507的主要参数3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片表3-5　AD7506和AD7507通道选择控制的真值表3.3.4　多路测量通道的串音问题1)减小Ri，为此前级应采用电压跟随器。2)选用Ron极小、Roff极大的开关管。3)减少输出端并联的开关数N。3.3.4　多路测量通道的串音问题3.3.4　多路测量通道的串音问题图3-15　多路切换系统的等效电路a)低频等效电路　b)高频等效电路3.

7、4　采样保持电路3.4.1　采样保持器设置原则3.4.2　采样保持器工作原理3.4.3　常用采样保持器芯片3.4.4　保持电容器的选择3.4.1　采样保持器设置原则3.4.2　采样保持器工作原理(1)断开时间(保持建立时间)　如图3-18所示，t1瞬时，控制信号已发生跳变，由于电路的延时作用，模拟开关在t2瞬时才完全断开，因此电容C保持的是t2时刻的输入信号值，与t1时刻的输入信号有误差。(2)捕捉时间　如图3-18所示，当由保持状态转到采样状态时，电容C上的电压跟随输入信号变化，其差值达到规定的捕捉误差，例如0.01%时所需的最小时

8、间称为捕捉时间。(3)泄漏趋势(下降速率)　若保持电压在整个保持时间内不发生变化，便可获得高的保持精度。(4)馈送影响(馈通影响)　在保持期间内，由于模拟开关的断开电阻不为无穷大，以及开关极间电容的影响，输入信号会耦合到