过程通道——模拟量输入通道.ppt

**************************§2.5.5A/D转换技术模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度τ一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加保持电路。①在采样脉冲S(t)到来的时间τ内，VT导通，UI(t)向电容C充电，假定充电时间常数远小于τ，则有：UO(t)＝US(t)＝UI(t)。－－采样②采样结束，VT截止，而电容C上电压保持充电电压UI(t)不变，直到下一个采样脉冲到来为止。－－保持场效应管VT为采样门，电容C为保持电容，运算放大器为跟随器，起缓冲隔离作用。取样保持电路及输出波形§2.5.5A/D转换技术输入的模拟电压经过取样保持后，得到的是阶梯波。而该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量，但n位数字量只能表示2n个数值。因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题。量化和编码将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。指定的离散电平称为量化电平Uq。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。两个量化电平之间的差值称为量化单位Δ，位数越多，量化等级越细，Δ就越小。取样保持后未量化的Uo值与量化电平Uq值通常是不相等的，其差值称为量化误差ε，即ε=Uo-Uq。§2.5.5A/D转换技术计算机控制系统中常采用低、中速的大规模集成A/D转换芯片。这类芯片常用的转换方法包括计数-比较式、双斜率积分式和逐次逼近式等。计数-比较式器件简单、转换速度慢，目前较少采用；双斜率积分式精度高但速度较慢；逐次逼近式兼顾速度和精度，因此在16位以下的A/D转换器得到了广泛的应用。一、A/D转换原理§2.5.5A/D转换技术A/D转换芯片中包括逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、比较器、时序及控制逻辑等部分组成如图所示。转换过程如下：①时序及控制逻辑给SAR最高位为“1”，其余为“0”，经D/A转换为模拟电压Vf，然后与输入电压Vx比较，确定该位；②当Vx≥Vf，此位为“1”，置下位为“1”；③当Vx<Vf，此位为“0”，置下位为“1”。④按上述方法依次类推，逐位比较判断，直至确定SAR的最低位为止。1、逐次逼近式§2.5.5A/D转换技术1、逐次逼近式§2.5.5A/D转换技术实例：以4位AD为例，其中内部DA基准电压为5V，设输入电压为2.4V1、逐次逼近式序号逐次逼近寄存器的值DA输出（V）比较结果110002.670201001.331301102.001401112.331§2.5.5A/D转换技术2、双斜率积分式固定时间积分，到时结束固定斜率积分，过零结束§2.5.5A/D转换技术转换过程：在转换开始信号控制下，转换开关K接到输入模拟电压端Ui，在固定时间T内对C充电，时间到时控制逻辑将K打到基准电源（与Ui极性相反），开始使C放电，放电期间计数器计脉冲多少反映了放电时间T1、T2的长短，从而决定模拟输入电压的大小。比较器判定放电完毕，控制计数器停止计数，并由控制逻辑发出转换结束信号。计数器计数值的大小反映了输入电压Ui在固定积分时间T内的平均值。也即是转换完的数字量。2、双斜率积分式KvORC+-VREFUI-A§2.5.5A/D转换技术2、双斜率积分式这种A/D转换器具有很多优点。转换结果与时间常数RC无关，从而消除了由于斜波电压非线性带来的误差，允许积分电容在一个较宽范围内变化，而不影响转换结果。由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值T1，而T2正比于输入信号在T1内的平均值，这对于叠加在输入信号上的干扰信号有很强的抑制能力。这种A/D转换器不必采用高稳定度的时钟源，它只要求时钟源在一个转换周期（T1+T2）内保持稳定即可。这种转换器被广泛应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器中。§2.5.5A/D转换技术二、A/D转换器技术指标分辨率=1.分辨率分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。从理论上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为（满量程输入的1/2n）。例如，A/D转换器的输出为12位二进制数，最大