计算机原理第十章模数和数模转换

数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
2020/9/23
AD转换器参数
➢量程：输入模拟信号幅度范围，如1V，2V，5V； ➢带宽：输入模拟信号频率范围，如100MHz，1GHz； ➢转换速率：每秒能进行的转换次数，KHz，MHz； ➢分辨率：能够分辨最小信号的能力，用ADC位数或每位对 应的电压表示，能引起输出数字值发生一位变化的最小模拟 输入变化。
间、电容器充电时间常数、保持电容上电压变化幅度有关，这 将影响采样频率的提高。
• （3）保持电压的衰减率：在保持状态下，由于保持电容器
的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减。
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ADS5547片内集成SHA
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ADS5547片内集成SHA
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MAX108的片内SHA
称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统的 精度起着决定性的影响。 • 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
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数据采集系统的组成
• 采样保持器的主要性能参数是： • （的时1）间孔。这径是时模间式T开AP关：从从闭保合持状命态令到发断出开到状开态关的全过部度断时开间所。需将要
使实际电压值与希望的电压保持值之间产生误差，这将影响转 换精度。
• （保持2）值捕达到捉输时入间信T号AC当：前从值采所样需命时令间发。出它到与采模样式保开持关器的的接输通出由时
第十章 模/数和数/模转换
10.1 数据采集基本概念 10.2 A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计
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10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
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数据采集系统的组成
采样保持电路的组成： • 保持电容器、输入输出缓冲放大器、逻辑输入
控制的开关电路。 • 采样保持电路原理见下图。
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采样过程
f (t)
f* (t)
f (t)
S
f* (t)
O
t
(a) 被采样信号
(b) 采样开关
0 T 2T 4T 6T t (c) 采样信号
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数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
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数据采集系统的组成
3 信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）
作用： （1） 完成信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电 平极性匹配，充分利用A/D精度。从传感器得到的输出信号小至毫 伏级、微伏级，必须放大到足够的电平，才能精确测量。有的信号 是双极性，需要进行极性转换变成单极性。信号调理器还应起阻抗 变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响。
极性、幅度、阻抗
（2） 抑制干扰，提高信噪比，特别是传感器通过较长电缆与计算 机相联，共模干扰及高频干扰明显，信号常被淹没。信号调理器应 尽量抑制干扰和噪声，不使信号污染。
滤波
（3）防止混叠现象，即对信号预先进行防混叠波。 采样定理：低通采样、带通采样
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数据采集系统的组成
4. 采样保持电路 • 在A/D进行转换时间内，保持输入信号不变的电路
积分非线性、差分非线性、丢码、供电方式、功耗、时钟、输出数据格 式。。。
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ADC芯片选择原则
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10.2 A/D接口电路设计
✓保证正常工作条件下，提高性能： ✓减小数字部分对模拟信号的干扰； ✓模拟信号的调理； ✓数字接口； ✓采样时钟处理； ✓电源、地的连接； ✓参考电压基准；
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MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
数据采集系统的组成
• 对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
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数据采集系统的组成
多通道共用A/D变换器
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例：位数8位，满量程5V，则其分辨率为8位，或 5V/(28-1)=19.6mV
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AD转换器参数
➢转换精度：转换器实际值接近理想值的精确程度，用数字量 的最低有效位LSB对应的模拟量△表示。
受分辨率限制，理想转换器输入在±0.5 △范围内变化时，输出对应同一
个值，其转换精度为±0LSB。 ➢其他参数：
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wk.baidu.com A/D接口电路设计
1，ADC0809工作原理及接口
ADC0809是采用逐次逼近技术进行A/D转换的CMOS集成芯片 ，它转换时间是100μs，分辨率为8位，单5V供电，输入模拟电 压范围为0—5V，内部集成了可以锁存控制的8路多路开关，并 且还集成了可以锁存的三态缓冲器。
ADC0809内部功能框图包括： ✓ 8路模拟开关； ✓ 地址锁存与译码； ✓ 8位A/D转换； ✓ 三态输出锁存器。
信2息020源/9/2：3 语言信号、生物医学信号、工业现场信号、雷达回波信号等。
数据采集基本概念
模/数(A/D)转换：在现实世界中被控对象或测量对象的有关 参数如温度、压力、流量、速度等往往都是一些连续的模 拟量。人们要认识它、使用它，需要把各种物理量转换成 电的模拟信号，然后进行处理。随着数据信号处理的广泛 应用，如语音信号处理、图象信号处理、生物信号处理、 雷达信号处理等，都必须将这些模拟量转换成数字量，然 后利用计算机实现各种信息处理。 数/模(D/A)转换：将计算机加工处理的数字量转换成模拟量， 以便对被控对象进行控制。