第六章数据采集常用电路

多路模拟开关的主要指标
多路模拟开关
3、多路开关集成芯片 (1) 无译码器的多路开关 开关类型： 开关类型： TL182C，AD7510，AD7511，AD7512等。 ， ， ， 等
U SS GND A1 A2 A3 A4 NC UDD
1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9
IN/OUT
7
INH UEE GND
3 4 2 5 1 12 15 14 13
Sm S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
CD4051它允许双向使用，既可用于多到一的切换输出， 它允许双向使用，既可用于多到一的切换输出， 它允许双向使用 也可用于一到多的输出切换。 也可用于一到多的输出切换。
AD7510 7510芯片 图3.6 AD7510芯片
多路模拟开关
(2) 有译码器的多路开关 ① AD7501（AD7503） （ ）
EN A2 A1 A0 UDD
(+15V)
电平转换 译码驱动
地 USS
(-15V)
... ...
S1 S8
A1 GND EN A2 S8 OUT S7 S6 S5
1 2 3 4 5 6 7 8
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
(6) 采样／保持器的主要性能参数 采样／ 孔径时间t 孔径时间 AP —— 保持指令给出瞬间到模拟开关有效切断所 经历的时间。 经历的时间。 由于孔径时间的存在， 由于孔径时间的存在，而产生孔径误差 采样／ 孔径误差—— 采样／保持器实际保持的输出值与希望输出值 孔径误差 之差。 之差。 捕捉时间—— 指当采样／保持器从保持状态转到跟踪状态时， 捕捉时间 指当采样／保持器从保持状态转到跟踪状态时， 采样／ 采样／保持器的输出从保持状态的值变到当前 的输入值所需的时间。 的输入值所需的时间。 捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。 捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。
多路模拟开关
多路模拟开关
2、多路开关的工作特点及主要技术指标 (1) 多路开关的工作特点 ① 双极型晶体管开关 优点：开关速度快。 优点：开关速度快。 阻大。 缺点： 漏电流大，开路电阻小， 缺点： 漏电流大，开路电阻小，导通电 阻大。 电流控制器件，功耗大，集成度低，一个 电流控制器件，功耗大，集成度低， 方向传送信号。 方向传送信号。
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
(8) 跟踪到保持的偏差 跟踪到保持的偏差—— 跟踪最终值与建立保持状态时 跟踪到保持的偏差 的保持值之间的偏差电压。 的保持值之间的偏差电压。 该误差与输入信号有关，是一个不可预估的误差。 该误差与输入信号有关，是一个不可预估的误差。 由以上讨论可以看出，采样／ 由以上讨论可以看出，采样／保持器的性能在很大程 度上取决于保持电容器的质量。因此， 度上取决于保持电容器的质量。因此，应该选择优质电 容器。 容器。
(5¡«8) 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14
A0 USS UDD S1 OUT (1¡«4) S2 S3 S4
电平转换 译码驱动
地 USS
(-15V)
EN OUT S8 S7 S6 S5
AD 7502
13 12 11 10 9
... OUT S1 S4 S5
... S8 OUT
AD7502芯片结构及引脚功能 AD7502芯片结构及引脚功能
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
(7) 保持电压的下降 当采样／保持器处在保持状态时， 当采样／保持器处在保持状态时，由于漏电流使保持电 压值下降，下降值随保持时间增大而增加， 压值下降，下降值随保持时间增大而增加，常用保持电压 的下降率来表示： 的下降率来表示：
∆U I ( pA ) ( V / s) = ∆T C H ( pF )
第六章 数据采集常用电路
课程： 课程：现场数据采集和处理 教材：数据采集与处理技术 教材：
2011-10-17
第六章 数据采集常用电路
1. 多路模拟开关 2. 采样保持电路 3. 测量放大器
多路模拟开关
1、作用 将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换。 将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换。 A/D转换器进行转换 机电式：用于大电流、 机电式：用于大电流、低速切换 类型 电子式：用于小电流、 电子式：用于小电流、高速切换 电 子 式 类 型 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 集成电路开关 绝缘栅型 结型
采样保持电路
2、采样／保持器的工作原理 采样／
(1) 采样／保持器的一般结构形式 采样／ K
模拟信号Ui 驱动信号
A
CH
模拟地
UO
(2) 采样／保持器的组成 采样／ 模拟开关K 模拟开关 组成 电容C 电容 H 缓冲放大器A 缓冲放大器
采样保持电路
(3) 采样/保持器的工作状态 采样 保持器的工作状态 采样/保持器具有以下两个稳定的工作状态： 采样 保持器具有以下两个稳定的工作状态： 保持器具有以下两个稳定的工作状态 跟踪状态:在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号 在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号， 跟踪状态 在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号，并精 确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止。 确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止。 保持状态:对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行 保持状态 对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行 保持。 保持。
多路模拟开关的工作特点
多路模拟开关
(2) 多路开关的主要指标 RON ：导通电阻； 导通电阻； RONVS：导通电阻温度漂移； 导通电阻温度漂移； IC ：开关接通电流； 开关接通电流； IS ：开关断开时的泄漏电流； 开关断开时的泄漏电流； CS：开关断开时，开关对地电容； 开关断开时，开关对地电容； COUT：开关断开时，输出端对地电容； 开关断开时，输出端对地电容；
多路模拟开关的工作特点
多路模拟开关
② 结型场效应晶体管开关 优点： 优点： 开关切换速度快，导通电阻小，可两个方向传送信。 开关切换速度快，导通电阻小，可两个方向传送信。 缺点： 缺点： 为分立元件，需专门的电平转换电路驱动，使用不 为分立元件，需专门的电平转换电路驱动， 方便。 方便。 ③ 绝缘栅场效应管开关 优点： 开关切换速度快，导通电阻小，且随信号电压变化 优点： 开关切换速度快，导通电阻小， 波动小；易于和驱动电路集成。 波动小；易于和驱动电路集成。 缺点：衬底要有保护电压。 缺点：衬底要有保护电压。
有译码器的多路开关
多路模拟开关
③ CD4051
INH
6
C
9
B
10
A
11
UDD
(+15V)
16
电平转换
地 UEE
(-15V)
8
译码驱动
S4 { S6 (OUT/IN) Sm S7
IN/OUT IN/OUT
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14
{ S5
CD 4501
13 12 11 10 9
UDD S2 S1 S0 S3 A B C
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
(4) 采样／保持器的作用 采样／ “稳定” 快速变化的输入信号，以减少转换误差。 稳定” 快速变化的输入信号，以减少转换误差。 用来储存模拟多路开关输出的模拟信号， 用来储存模拟多路开关输出的模拟信号，以便模拟多 路开关切换下一个模拟信号。 路开关切换下一个模拟信号。
16 15 14 13 12 11 10 9
AD 7501
A0 USS UDD S1 OUT S2 S3 S4
AD7501（AD7503）芯片结构及引脚功能 （ ）
多路模拟开关
AD7501真值表 真值表
A2
0 0 0 0 1 1 1 1 ×
A1
0 0 1 1 0 0 1 1 ×
A0
0 1 0 1 0 1 0 1 ×
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
3、采样／保持器集成芯片 采样／
常用的集成采样／保持器有多种， 常用的集成采样／保持器有多种，下面只介绍其 中的一种。 中的一种。 AD582 AD582是通用型采样／保持器。其管脚及结构如图。 是通用型采样／ 是通用型采样 保持器。其管脚及结构如图。
有译码器的多路开关
多路模拟开关
AD7502真值表 真值表
A1
0 0 1 1 ×
A0
0 1 0 1 ×
EN
1 1 1 1 0
接通通道 1和5 2和6 3和7 4和8 无
AD7501，AD7502，AD7503 芯片都是单向多到一的 ， 芯片都是单向多到一的 ， 个 多路开关，即信号只允许从多个 (8个) 输入端向一个输出 多路开关， 端传送。 端传送。
采样／保持器的工作原理 采样／
采样保持电路
(5) 采样／保持器的类型和主要性能参数 采样／ 按结构分为两种类型： 结构分为两种类型： 分为两种类型 串联型 优点： 优点：结构简单 缺点：其失调电压为两个运放失调电压之和，比较大， 缺点：其失调电压为两个运放失调电压之和，比较大， 影响到采样／保持器的精度;跟踪速度也较低 跟踪速度也较低。 影响到采样／保持器的精度 跟踪速度也较低。 反馈型 保持精度高， 优点： 采样/保持精度高 原因是只有e 影响精度。 优点： 采样 保持精度高，原因是只有 OS1影响精度。 跟踪速度快。 跟踪速度快。 缺点： 结构复杂。 缺点： 结构复杂。
保持电容C 的漏电流。 式中 I —— 保持电容 H的漏电流。 为了使保持状态的保持电压的变化率不超过允许范围， 为了使保持状态的保持电压的变化率不超过允许范围， 须选用优质电容。 增加的值可使保持电压的变化率不大， 须选用优质电容。 增加的值可使保持电压的变化率不大， 但将使跟踪的速度下降。 但将使跟踪的速度下降。