多路开关的集成芯片

传感器
大电流
光电耦合 I/V转换 转换
微机
2. 数字式传感器： 数字式传感器：
• 如果满足 如果满足TTL电平标准，可以直接接入计算 电平标准， 电平标准 机的I/O端口 如果输出的不是TTL电平， 端口， 电平， 机的 端口，如果输出的不是 电平 则需。 则需。 • 具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远 具有测量精度高、抗干扰能力强、 距离传送等优点。 距离传送等优点。
2学时 学时 2学时 学时 2学时 学时 4学时 学时
2
数据采集系统简称DAS 数据采集系统简称
• （Data Acquisition System），是指将 ），是指将 ）， 温度、压力、流量、位移等模拟量进行取 温度、压力、流量、位移等模拟量进行取 量化转换成数字量 数字量后 样、量化转换成数字量后，以便由计算机 进行存储、处理、显示或打印的装置。 进行存储、处理、显示或打印的装置。
44
AD7502
45
CD4051
46
采样/保持器 采样 保持器
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49
50
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LF198
55
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AD582
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4. 光纤传感器： 光纤传感器：
• 这种传感器其信号拾取、变换、传输都是 这种传感器其信号拾取、变换、 通过光导纤维实现的， 通过光导纤维实现的，避免了电路系统的 电磁干扰。 电磁干扰。 • 光纤传感器可以从根本上解决由现场通过 传感器引入的干扰。 传感器引入的干扰。
模拟信号调理
采集系统信号调理（ 采集系统信号调理（Signal Conditioning）的任务： ）的任务：
特点： 特点： 能保护系统元件。 1. 能保护系统元件。 泄漏电流低。 2. 泄漏电流低。 共模抑制比高。 3. 共模抑制比高。
多路模拟开关
一、多路模拟信号集中采集式
1. 集中式数据采集系统的典型结构之一
传感器1 传感器 传感器2 传感器 传感器3 传感器
调理 调理 调理
模 拟 多 路 开 关
11
(一) 对传感器的主要技术要求 一
将被测量→转换后续电路可用电量： 将被测量 转换后续电路可用电量： 转换后续电路可用电量 1. 转换范围：输出与输入成正比，量程范围满足 转换范围：输出与输入成正比， 需要。 需要。 2. 转换精度：符合整个测试系统根据总精度要求 转换精度： 而分配给传感器的精度指标； 而分配给传感器的精度指标； 3. 转换速度（带宽）：符合整机要求； 转换速度（带宽）：符合整机要求； ）：符合整机要求 4. 能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐 满足被测介质和使用环境的特殊要求， 被测介质和使用环境的特殊要求 高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、 高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干 体积小、质量轻和不耗电或耗电少等； 扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等； 5. 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。 可靠性和可维护性的要求
3
第一节 数据采集系统的组成结构
传感器
模拟信号 调理
数据采集 电路
微机系统
图2.1 数据采集系统的基本组成
4
多路模拟输入通道数据采集系统
◆同时测量多种物理量或同一种物理 量的多个测量点。 量的多个测量点。 多路模拟输入通道可分为两大类型： 多路模拟输入通道可分为两大类型： 两大类型 ◆集中式采集 ◆分布式采集
5
一、多路模拟信号集中采集式
1. 集中式数据采集系统的典型结构之一
传感器1 传感器 传感器2 传感器 传感器3 传感器
调理 调理 调理
模 拟 多 路 开 关
S/H
A/D /
控制逻辑
计 算 机
多路共用采集电路分时采集
6
2. 集中式数据采集系统的典型结构之二
传感器1 传感器 传感器2 传感器 传感器3 传感器
’ > V 2 + (VIN ) 2 VIN IN 0
K0
VIN 0 < VIN
1 1− 2 K0
为使小信号不被电路噪声所淹没， 为使小信号不被电路噪声所淹没 ， 在电路前 端加入的电路必须是放大器， 端加入的电路必须是放大器，即K0＞1，而且 必须是低噪声的， 必须是低噪声的 ， 即该放大器本身的等效输 入噪声必须比其后级电路的等效输入噪声低。 入噪声必须比其后级电路的等效输入噪声低 。 因此， 因此 ， 调理电路前端电路必须是低噪声前置 放大器。 放大器。
第二章 智能仪器的数据采集技术
• • • • • • 数据采集系统的组成结构 模拟信号调理 传统A/D转换器及接口技术 传统 转换器及接口技术 Σ-∆型ADC原理与接口技术 ∆ 原理与接口技术 数据采集系统设计及举例 数据采集系统的误差分析
1
第二章 智能仪器的数据采集技术
一、组成结构 二、传感器 三、放大器 四、多路模拟开关 五、采样保持器 六、AD转换 转换 七、DA转换 转换 八、单片机
• 实现非电量信号向电信号的转换、小信号放 实现非电量信号向电信号的转换、 滤波； 大、滤波； • 零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修 零点校正、线性化处理、温度补偿、 正和量程切换等。 正和量程切换等。 • 标准信号（4-20mA，1-5V，±5V， ± 10V ） ， ， ，
18
第三节 放大器 运用前置放大器的依据
(二) 程控增益放大器
增益由仪器内置计算机的程序控制。 增益由仪器内置计算机的程序控制。这 种由程序控制增益的放大器，称为程控放 种由程序控制增益的放大器， 大器。 大器。
程控放大器原理框图
(三) 隔离放大器 三
将输入、 将输入、输出和电源在电流和电阻上进行 隔离的放大器。 隔离的放大器。
GF289集成隔离放大器 GF289集成隔离放大器 信号输入、信号输出、电源的三个“ 信号输入、信号输出、电源的三个“地”是相互隔离的； 是相互隔离的；
(二) 选用什么类型传感器 二
• 对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量， 对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量， 例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻、 例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻、 热敏电阻、 半导体PN结 温度传感器、 热敏电阻 、 半导体 结 、 IC温度传感器 、 光 温度传感器 纤温度传感器等好多种。在都能满足测量范围、 测量范围、 纤温度传感器等好多种。在都能满足测量范围 精度、速度、使用条件等情况下 等情况下， 精度、速度、使用条件等情况下，应侧重考虑 成本低、相配电路是否简单、可靠性等因素进 成本低、相配电路是否简单、可靠性等因素进 行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。 行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。
3. 集成传感器
• 集成传感器是将传感器与信号调理电路做 集成传感器是将传感器与信号调理电路做 将传感器与信号调理电路 成一体。例如，将应变片、应变电桥、 成一体。例如，将应变片、应变电桥、线 性化处理、电桥放大等做成一体， 性化处理、电桥放大等做成一体，构成集 成压力传感器。 成压力传感器。 • 采用集成传感器可以减轻输入通道的信号 调理任务，简化通道结构。 调理任务，简化通道结构。
S/H
A/D /
控制逻辑
计 算 机
多路共用采集电路分时采集
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多路模拟开关
• 分类 • 集成芯片
37
导通电阻小
38
39
40
多路开关的集成芯片
• AD7501 • CD4501
Βιβλιοθήκη Baidu41
AD7501(AD7503)
8选1 选 VDD +15V VSS -15V
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功能表
43
区别在于EN的控制电平相反 区别在于 的控制电平相反
基本运放电路
基本运放电路
信号调理通道中的常用放大器
• 仪用放大器 • 程控增益放大器 • 隔离放大器
(一) 仪用放大器 一
仪用放大器的基本结构
仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4＝R6， 仪用放大器上下对称，即图中 ， ＝ ， R5＝R7。则放大器闭环增益为： ＝ 。则放大器闭环增益为：
1. 大信号输出传感器 : 为了与A/D输入要求相适应，传感器厂家 输入要求相适应， 为了与 输入要求相适应 开始设计、制造一些专门与 开始设计、制造一些专门与A/D相配套的 相配套的 大信号输出传感器。 大信号输出传感器。
传感器 小电压 小电流 传感器 大电压 V/F 小信号放大 信号修正与变换 滤波 A/D 微机
两种调理电路的对比
（a） VIN = ） （b） VIN = ） ′
2 (VIN 0 K ) 2 + VIN 1
K
= V
2 IN 0
VIN 1 2 +( ) K
(VIN 1 K ) 2 + (VIN 0 K ) 2 2 2 = VIN 0 + VIN 1 K
′ 调理电路中放大器设置在 所以， 由于 K＞1,所以， IN < VIN，调理电路中放大器设置在 ＞ 所以 V 滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声 有利于减少电路的等效输入噪声。 滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声。
当传感器输出信号比较小， 当传感器输出信号比较小，必须选用前 置放大器进行放大。 置放大器进行放大。 •放大器为什么要“前置”,即设置在调理 放大器为什么要“前置” 放大器为什么要 电路的最前端？ 电路的最前端？
放大器噪声分析
VIS VIN0 前置放大器K 前置放大器 0 VIN 后级电路K 后级电路 VOS VON
……
数据 采集站N 采集站 …
模拟信号或数字信号
网络式数据采集结构
9
思考
• 请总结每种数据采集系统结构的主要特点！ 请总结每种数据采集系统结构的主要特点！
10
第二节 传感器
传感器是信号输入通道的第一环节， 传感器是信号输入通道的第一环节，也是决定 整个测试系统性能的关键环节之一。 整个测试系统性能的关键环节之一。 正确选用传感器： 正确选用传感器： 明确所设计的测控系统对传感器的技术要求； 明确所设计的测控系统对传感器的技术要求； 了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器。 了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器。 • 自行设计传感器
A f = −(1 + 2 R1 / RG ) R5 / R4
假设R4=R5，即第二级运算放大器增益为 ，则 ，即第二级运算放大器增益为1， 假设 可以推出仪用放大器闭环增益为： 可以推出仪用放大器闭环增益为：
A f = −(1 + 2 R1 / RG )
由上式可知，通过调节电阻 由上式可知，通过调节电阻RG，可以很方便地 改变仪用放大器的闭环增益。 改变仪用放大器的闭环增益。当采用集成仪用放 大器时， 一般为外接电阻。 大器时，RG一般为外接电阻。
调理 调理 调理
S/H S/H S/H
模 拟 多 路 开 关
A/D /
控制逻辑
计 算 机
多路同步取样共用A/D分时采集 多路同步取样共用A/D分时采集 A/D
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3. 集中式数据采集系统的典型结构之三
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二、分布式采集
上位机 通信接口
数据 采集站1 采集站 …
数据 采集站2 采集站 …
数据 采集站3 采集站 …
V IN = V ON / K
总的等效输出噪声： 总的等效输出噪声：
′ V ON =
(V IN 0 K 0 K ) + (V IN K )
2
2
总的等效输入噪声： 总的等效输入噪声：
′ V ON ′ V IN = = K 0K
V
2 IN 0
V IN 2 + ( ) K0
假定不设前放时，输入信号被电路噪声淹没， 假定不设前放时，输入信号被电路噪声淹没，即：VIS＜VIN， 加入前放后，希望 就必须使V' 加入前放后，希望VIS>V'IN，就必须使 IN<VIN，