输入输出通道和接口技术.ppt

（二）电路设计中必须考虑的问题 1、接地 （1）电源地与信号地分开外，信号地中的数字地与模拟地也应分开。 （2） A/D、D/A转换电路中要特别注意地线的正确连接，否则转换结果将不准确，干扰影响也很严重。 A/D、D/A及采样保持器（S/H）芯片都提供了独立的模拟地和数字地，在线路设计中，在全部电路中模拟地与数字地的连接仅在一点上，在芯片和其它电路中切不可再有公共点，图5-48是地线的正确连接。否则数字回路通过模拟电路的地线到数字电路电源就会形成通路，数字量信息将对模拟电路产生干扰，不能正确完成A/D、D/A转换。 第六十三页，共一百零三页，2022年，8月28日 2、印刷电路板布线 采样保持电路是由逻辑输入信号（或逻辑控制信号）控制电路从采样模式进入保持模式的。如图5-49所示。若第8脚输入一个快速上升沿的逻辑输入信号，则将引起保持误差。这是由于采样保持器进入保持的同时，逻辑输入信号通过印刷电路板布线间的漏电耦合到模拟输入端引起保持误差。 为了减小该误差，印刷电路板布线时，使逻辑输入端的走线与模拟输入端尽可能距离远些，或者将模拟信号输入端用地线包围起来以隔断漏电通路。也可通过降低逻辑输入信号的幅度来达到减小保持误差的目的（例如从5V降到2.5V）。特别是对于高阻抗的信号源，保持误差尤其突出。 第六十四页，共一百零三页，2022年，8月28日 ?  在逻辑输入端与保持电容器之间存在寄生电容，当逻辑输入端加一跳变的控制信号时，由于寄生电容的耦合作用，也将引起保持器的输出误差。 布线时同样可以采用上述类似的方法，逻辑输入端引线与保持电容端引线距离远些，降低逻辑输入信号电平，或用与保持器输出端相连接的短路环将电容器引出端包围起来，以减少寄生电容的影响，见图5-50所示。 第六十五页，共一百零三页，2022年，8月28日 3、电源供电 A/D、D/A转换电路中，电源电压的变化将影响转换精度，一般要求纹波电压小于1%，为此常采用钽电容或铝电解电容滤波。为了改善高频性能，还应有高频滤波电容。 在布线时，高频滤波电容器应尽量靠近A/D、D/A芯片，一般选用0.01uF左右的电容。参考电源应采用稳定性能好的专用电源。 第六十六页，共一百零三页，2022年，8月28日 四、A/D、D/A通道设计举例 （一）设计—个微机数据采集系统的过程 1、设计要求 设计要求实际上是由用户提出的或者是根据控制任务经调研后拟出的，给定的设计的要求如下： （1）模拟输入信号为±5V，信号源内阻10Ω； （2）被测量回路有8个通道，顺序测量每一个通道，每一通道的扫描时间不超过50μs； （3）系统最大允许误差不超过满刻度的0.5%； （4）系统逻辑电平是TTL电平，二进制码，数据传输采用并 行方式。 （5）温度范围是+25℃～+55℃，现场提供+5V及±15V电源，±15V电源变化是150mV。 ? ? 第六十七页，共一百零三页，2022年，8月28日 2、分析要求 （1）根据要求的主要指标，初选相应器件和芯片。比如A/D的主要指标有精度、转换时间、输入电压范围V1、工作温度范围、电源变化等。据此初选A/D、S/H、多路开关等的型号。 （2）校验这些器件和芯片的误差，是否满足设计要求。经仔细核算如满足就可设计电路，否则重新选择器件和芯片，直到满足设计要求为止。 （3）电路设计：根据所选定的芯片，配上相应的逻辑电路，进行硬件设计，这一步有时要与相应软件配合调节，因为有些电路功能可由软件完成。 第六十八页，共一百零三页，2022年，8月28日 ? （二）硬件设计 本设计选用AD570，其分辨率是8位，转换精度可达0.4%，转换时间为25μs，并选用与AD570相配套的采样保持器AD582及多路开关AD7501。 采样保持器AD582的建立时间是5μs，多路开关的建立时间（保持命令后采样值达到稳定值的时间）是2μs，测量每一通道数据的总时间是32μs，小于50μs。 器件选定后，进一步根据手册中给的各器件相应参数，计算分析某些误差，检验这些误差是否在设计要求范围内。 第六十九页，共一百零三页，2022年，8月28日 1）多路开关AD7501 多路开关产生误差的原因主要有两个： ①在多路开关中，未接通的开关中有漏电流的存在，与信号源的内阻形成回路后会在信号源上产生压降，使得信号被衰减。例如，多路开关漏电流（25℃）2nA，信号源内阻10Ω，则：误差电压=10×2×10-9=2×10-8V，可以忽略不计。 ②在多路开关中，开关本身的接通电阻使得输入模拟信号