模数和数模转换
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四、采样保持器（Sample Holder）
• 在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信 号不变的电路称为采样保持电路
• A/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换 时间
• 不同A/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续 变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施， 将会引起转换误差
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一、传感器（Transducer）
传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流 或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、 电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压 的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物 理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变， 使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量 的变化成正比
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二、信号放大处理
信号放大处理电路，接在A/D转换器与传感器之间， 用于解决以下存在问题 • A/D转换器与传感器二者电压不匹配 • 如果是电流型输出传感器，要进行Ⅰ～Ⅴ变换与 放大处理，将电流信号对应变换成电压信号 • 传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的 干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感器 输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技 术，使得滤波特性更好
10.1 概述
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
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含有A/D与D/A转换的监控系统
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10.2 模/数与数/模转换通道的组成
10.2.1 模/数转换通道的组成 一般模/数转换通道由传感器、信号处 理、多路转换开关、采样保持器以及A/D 转换器组成
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由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或 电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此， 在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放 大电路制作在一起，输出统一标准的0～10mA或 4～20mA电流，或0～5V电压，以便传输或直接送 A/D转换器进行A/D转换，其中，4～20mA标准电 流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、 压力变送器等一般输出4～20mA标准电流，内部 处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型 传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此， 电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中
• 慢速变化的模拟信号，在A/D转换系统中，完全 可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响 A/D转换的精度
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1．采样/保持器的基本原理
采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样” 或“保持”两种工作状态的电路,采样/保持示意图如 图10-5所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模 拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采 样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采 样状态为止。从图10-5中可以看出，经过对Vi的采样， V0的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定 的“小平台”电压供A/D转换器进行A/D转换
一、分辨率（Resolution）
分辨率是指转换器所能分辨的被测量 的最小值。通常用输出二进制代码的位 数来表示。例如称八位A/D转换器的分 辨率称为8位，它把模拟电压的变化范 围分成28-1级（255级）。位数越多， 分辨率越高
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二、精度（precision）
精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精 度有两种表示方法 （1）绝对精度：用最低位（LSB）的倍数来 表示，如±（1/2）LSB或±1LSB等 （2）相对精度：用绝对精度除以满量程值的 百分数来表示，例如±0.05%等
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三、多路转换开关（Multiplexer）
• 一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多 路模拟信号
• 通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信 号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对 系统的监测与控制
• 许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一 片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信 号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能， 则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关
AD389以及SHA6等 ④超高速采样/保持器芯片：例如THS-0010（压摆率
300V/μs）及HTC-0300（压摆率250V/μs）等
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五、A/D转换器（Analog to Digit）
A/D转换器是模/数转换通道的核心环节， 其功能是将模拟输入电信号转换成数字量 （二进制数或BCD码等），以便由计算机读 取、分析处理，并依据它发出对生产过程的 控制信号
10.3 模/数与数/模转换器的主要技术指标
10.3.1 模/数转换器的主要技术指标 分辨率（Resolution） 精度（precision） 量程（满刻度范围——Full Scale Range） 转换时间（Conversion Time） 线性度误差（Linearity Error）
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采样/保持示意图
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2．常用的集成采样/保持器
按照集成型采样/保持器的性能可分为如下几类： ①通用采样/保持器芯片：例如AD582、AD583、
LF198、LF298以及LF398等 ②高速采样/保持器芯片：例如HTS-0025、THS-0060、
THC-1500以及ADSHM-5等 ③高分辨率采样/保持器芯片：例如SHA1144、
注意：分辨率与精度是两个不同的概念
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三、量程（满刻度范围——Full Scale Range）
量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如， 某转换器具有0～10V的单极性输入模拟电压的范 围，或-5V～+5V的双极性范围，那么，它们的量 程都为10V 应当指出，实际上A/D、D/A转换器的最大输出 值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数，这 是因为模拟量的0值是2n个转换状态中的一个，在 0值以上，则有2n-1个梯级
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10.2.2 数/模转换通道的组成
• 必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电 流或电压，这个任务主要由数/模转换器来完 成
• 数/模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能 将计算机输入给它的数字量锁存下来
• 需要有一级功率放大电路，将D/A输出的电流 或电压放大到足以驱动执行机构
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四、采样保持器（Sample Holder）
• 在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信 号不变的电路称为采样保持电路
• A/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换 时间
• 不同A/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续 变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施， 将会引起转换误差
第3页/பைடு நூலகம்69页
一、传感器（Transducer）
传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流 或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、 电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压 的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物 理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变， 使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量 的变化成正比
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二、信号放大处理
信号放大处理电路，接在A/D转换器与传感器之间， 用于解决以下存在问题 • A/D转换器与传感器二者电压不匹配 • 如果是电流型输出传感器，要进行Ⅰ～Ⅴ变换与 放大处理，将电流信号对应变换成电压信号 • 传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的 干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感器 输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技 术，使得滤波特性更好
10.1 概述
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
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含有A/D与D/A转换的监控系统
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10.2 模/数与数/模转换通道的组成
10.2.1 模/数转换通道的组成 一般模/数转换通道由传感器、信号处 理、多路转换开关、采样保持器以及A/D 转换器组成
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由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或 电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此， 在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放 大电路制作在一起，输出统一标准的0～10mA或 4～20mA电流，或0～5V电压，以便传输或直接送 A/D转换器进行A/D转换，其中，4～20mA标准电 流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、 压力变送器等一般输出4～20mA标准电流，内部 处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型 传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此， 电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中
• 慢速变化的模拟信号，在A/D转换系统中，完全 可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响 A/D转换的精度
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1．采样/保持器的基本原理
采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样” 或“保持”两种工作状态的电路,采样/保持示意图如 图10-5所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模 拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采 样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采 样状态为止。从图10-5中可以看出，经过对Vi的采样， V0的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定 的“小平台”电压供A/D转换器进行A/D转换
一、分辨率（Resolution）
分辨率是指转换器所能分辨的被测量 的最小值。通常用输出二进制代码的位 数来表示。例如称八位A/D转换器的分 辨率称为8位，它把模拟电压的变化范 围分成28-1级（255级）。位数越多， 分辨率越高
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二、精度（precision）
精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精 度有两种表示方法 （1）绝对精度：用最低位（LSB）的倍数来 表示，如±（1/2）LSB或±1LSB等 （2）相对精度：用绝对精度除以满量程值的 百分数来表示，例如±0.05%等
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三、多路转换开关（Multiplexer）
• 一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多 路模拟信号
• 通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信 号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对 系统的监测与控制
• 许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一 片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信 号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能， 则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关
AD389以及SHA6等 ④超高速采样/保持器芯片：例如THS-0010（压摆率
300V/μs）及HTC-0300（压摆率250V/μs）等
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五、A/D转换器（Analog to Digit）
A/D转换器是模/数转换通道的核心环节， 其功能是将模拟输入电信号转换成数字量 （二进制数或BCD码等），以便由计算机读 取、分析处理，并依据它发出对生产过程的 控制信号
10.3 模/数与数/模转换器的主要技术指标
10.3.1 模/数转换器的主要技术指标 分辨率（Resolution） 精度（precision） 量程（满刻度范围——Full Scale Range） 转换时间（Conversion Time） 线性度误差（Linearity Error）
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采样/保持示意图
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2．常用的集成采样/保持器
按照集成型采样/保持器的性能可分为如下几类： ①通用采样/保持器芯片：例如AD582、AD583、
LF198、LF298以及LF398等 ②高速采样/保持器芯片：例如HTS-0025、THS-0060、
THC-1500以及ADSHM-5等 ③高分辨率采样/保持器芯片：例如SHA1144、
注意：分辨率与精度是两个不同的概念
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三、量程（满刻度范围——Full Scale Range）
量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如， 某转换器具有0～10V的单极性输入模拟电压的范 围，或-5V～+5V的双极性范围，那么，它们的量 程都为10V 应当指出，实际上A/D、D/A转换器的最大输出 值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数，这 是因为模拟量的0值是2n个转换状态中的一个，在 0值以上，则有2n-1个梯级
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10.2.2 数/模转换通道的组成
• 必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电 流或电压，这个任务主要由数/模转换器来完 成
• 数/模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能 将计算机输入给它的数字量锁存下来
• 需要有一级功率放大电路，将D/A输出的电流 或电压放大到足以驱动执行机构
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