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1、vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 第十章第十章 数据采集系统数据采集系统计算机测控系统计算机测控系统10.8 采样保持器采样保持器10.9 D/A 转换器转换器10.10 A/D 转换器转换器10.7 多路模拟开关多路模拟开关10.6 典型的测控系统组成典型的测控系统组成vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 1
2、0 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.6 典型的测控系统组成典型的测控系统组成传感器传感器传感器传感器变送器变送器变送器变送器多多路路模模拟拟开开关关模模拟拟控控制制器器采采样样保保持持器器计计算算机机A/DD/A测控系统框图测控系统框图vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 把模拟量转换为数字量的过程称为把模拟量转换为数字量的过程称为模数模数转换转换，
3、完成这种转换的电路称为，完成这种转换的电路称为模数转换器模数转换器(Analog to Digital Converter)，简称为，简称为ADC或或A/D；把数字量转换为模拟量的过程称为把数字量转换为模拟量的过程称为数模数模转换转换，完成这种转换的电路称为，完成这种转换的电路称为数模转换器数模转换器(Digital to Analog Converter)，简称，简称DAC或或D/A。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理
4、信号测量与调理 10.7 多路模拟开关多路模拟开关模拟开关模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号是一种能够按照控制指令对模拟信号传输进行通、断控制的电子器件传输进行通、断控制的电子器件 注意注意：模拟开关多用场效应管来构成，因为：模拟开关多用场效应管来构成，因为场效应管的场效应管的VGS能够使能够使D、S之间导通和断开，之间导通和断开，但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关断电流断电流 vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10
5、 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 一、场效应管结构原理一、场效应管结构原理 场效应管（场效应管（Fiedl Effect TransistorFET）是是利用利用电场效应来控制电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一的有源器件，它不仅兼有一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特点，还具有输入电阻高（特点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达最高可达1015）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、抗辐射能力强、制
6、造工艺简单等优点。在近代大抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中得到广泛应用。得到广泛应用。按结构，场效应管可分两大类：按结构，场效应管可分两大类：结型场效应管（结型场效应管（JFET）绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（IGFET）vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化绝缘栅型场效应
7、管中应用最多的是以二氧化硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层，又称金属又称金属-氧化物氧化物-半导体场效应管，简称半导体场效应管，简称MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET)。MOSFET可分为可分为增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道二、绝缘栅型场效应管二、绝缘栅型场效应管vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理
8、信号测量与调理 结构结构1）结构）结构 N沟道增强型沟道增强型MOSFET在在P型半导型半导体上生成一层体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两用光刻工艺扩散两个高掺杂的个高掺杂的N型区。型区。栅极栅极G源极源极S漏极漏极D衬底衬底B1、N沟道增强型沟道增强型MOSFETvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 栅源电压栅源电压vGS的控制作用的控制作用形成形成导电沟道导电沟道 正电
9、压正电压vGS产生的反型层把产生的反型层把漏漏-源连接起来，形成宽度均源连接起来，形成宽度均匀的导电匀的导电N沟道，自由电子是沟道，自由电子是沟道内的主要载流子。沟道内的主要载流子。反型层刚形成时，对应的栅反型层刚形成时，对应的栅源电压源电压vGS称为开启电压，用称为开启电压，用VT表示。表示。2）工作原理）工作原理原理原理1 1vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 漏源电压漏源电压vDS对漏极电流对漏极电流
10、iD的控制作用的控制作用 vGS VT，加，加vDS，形成，形成iD，且，且iD与与vDS基本成正比。基本成正比。因因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。形成电位差，使导电沟道为梯形。vDS增大至增大至vGD=vGS vDS VT，沟道被预夹断，沟道被预夹断（漏端），管子进入饱和区。（漏端），管子进入饱和区。原理原理2 2vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 沟道预夹断后，沟道预夹断后，vDS继续继续增大，夹
11、断点向源极方向移增大，夹断点向源极方向移动，动，iD略有增大。略有增大。vGS变化时，变化时，vGS 107，MOSFET的的RGS109。5）低频跨导）低频跨导gm 表征工作点表征工作点Q上栅源电压上栅源电压vgs对漏极电流对漏极电流id的控制作用大小的控制作用大小的参数，单位是的参数，单位是mS。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管结构结构NPN型型PNP
12、型型C与与E一般不可倒置使一般不可倒置使用用结型耗尽型结型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟沟道道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟沟道道D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子漂移多子漂移输入量输入量电流输入电流输入电压输入电压输入电流控制电流源电流控制电流源CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm)二、二、双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 C
13、hapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管噪声噪声较大较大较小较小温度特性温度特性受温度影响较大受温度影响较大较小，可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻几十到几千欧姆几十到几千欧姆几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺不易大规模集成不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter
14、 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 使用注意事项使用注意事项：（1 1）绝缘栅场效应管不能用万用表检查，必须用）绝缘栅场效应管不能用万用表检查，必须用测试仪。使用四引线的场效应管，其衬底引线必须测试仪。使用四引线的场效应管，其衬底引线必须接地。接地。（2 2）保存场效应管时应将各电极短路，以免外电）保存场效应管时应将各电极短路，以免外电场作用使管子损坏。焊接时，电烙铁必须有外接地场作用使管子损坏。焊接时，电烙铁必须有外接地线，以防止烙铁带电而损坏管子。焊接绝缘栅场效线，以防止烙铁带电而损坏管子。焊接绝缘栅场效应管时
15、，要按源极应管时，要按源极-漏极漏极-栅极的顺序焊接，并且最栅极的顺序焊接，并且最好断电后进行焊接。好断电后进行焊接。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 二、多路模拟开关二、多路模拟开关vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理
16、 10.8 采样保持电路采样保持电路 采样保持器的工作过程由采样保持器的工作过程由外部控制信号外部控制信号来决定，来决定，工作过程分工作过程分“采样采样”和和“保持保持”两个周期。两个周期。“采样采样”要求输出信号能快速而准确地跟随信号的变化要求输出信号能快速而准确地跟随信号的变化“保持保持”是在两次采样间隔时间内保持上一次采样结束是在两次采样间隔时间内保持上一次采样结束 时的状态。时的状态。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量
17、与调理信号测量与调理 采采样样保保持持电电路路模拟开关模拟开关存储电容存储电容缓冲放大器缓冲放大器当当L为高电平时：为高电平时：T管导通，电路处于采样状态管导通，电路处于采样状态 当当L为低电平时：为低电平时：T 管截止，电路处于保持状态管截止，电路处于保持状态 vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 n10.9.1 D/A转换基本原理转换基本原理 为了将数字量转换为模拟量，必须将二进为了将数字量转换为模拟量，
18、必须将二进制数的制数的每一位代码按每一位代码按“权权”值转换成相应的模值转换成相应的模拟量拟量，然后将代表各位二进制数的这些模拟量，然后将代表各位二进制数的这些模拟量相加，这样便得到与数字量成正比的模拟量。相加，这样便得到与数字量成正比的模拟量。设输入数字量为设输入数字量为D=d3d2d1d0 d3 U3,d2 U2,d1 U1,d0 U0输出模拟量为输出模拟量为 Uo=U3+U2+U1+U0=k Dk是一个常数；是一个常数；D为为n位二进制数。位二进制数。10.9 数模转换器数模转换器vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapte
19、r 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 DAC转换特性转换特性：输入与输出的对应关系：输入与输出的对应关系最小输出电压最小输出电压ULSB：相临两组代码转换出相临两组代码转换出来的模拟量之差来的模拟量之差（2V)。分辨率：分辨率：电路所能分辨出的电路所能分辨出的最小输出电压与最大输最小输出电压与最大输出电压之比。出电压之比。分辨率分辨率=ULSB Uomax=1 2n-1四位二进制的分辨率？四位二进制的分辨率？若最大输出电压仍为若最大输出电压仍为14V14V，最，最小输出电压将变大还是变小？小输出电压将变大还是变小？
20、D000 001 010 011 100 101 110 111DDACuo24101206814uo/V设设D D为三位二进制为三位二进制要求要求uomax=14Vvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 n位二进制位二进制DAC框图框图基准电压基准电压UR输出输出U0电阻解码网络电阻解码网络数字模拟开关数字模拟开关 数字寄存器数字寄存器 dn1 d0 求和电路求和电路vvv Chapter 10 Chapte
21、r 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 解码网络解码网络结构不同结构不同有权电阻网络型有权电阻网络型T T型电阻网络型型电阻网络型倒倒T T型电阻网络型型电阻网络型数模转换器的分类：数模转换器的分类：模拟电子模拟电子开关电路开关电路结构不同结构不同CMOS开关型开关型双极型开关双极型开关电流开电流开关型关型ECL电流开电流开关型关型vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Ch
22、apter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.9.2 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 u uo o+-A AS S2 2S S3 3S S1 1S S0 02R2R2R2R2R2R2R2RR R3 3R R2 2R R1 1R R0 0R RF FD D3 3D D2 2D D1 1D D0 00 00 01 11 1 U UR R2R2RR RR RR RI I3 3I I2 2I I1 1I I0 0I IA AB BC CD D由由R,2RR,2R构成的倒构成的倒T T形电阻网络形电阻网络模拟电子开关模拟电子开
23、关S S求和放大器求和放大器A A基准电压源基准电压源U UR Rvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 先计算电阻网络的输出电流先计算电阻网络的输出电流I Io1o1:计算时要注意两点：计算时要注意两点：(1)(1)不论模拟开关接到运放的反相不论模拟开关接到运放的反相输入端输入端(虚地虚地)或接地，也就是不论输入数字信号是或接地，也就是不论输入数字信号是1 1或或0 0，倒，倒T T形电阻网络可用右图所示的电
24、路来等效；形电阻网络可用右图所示的电路来等效；(2)00(2)00、1111、2222、3333左边部分电路的等效电阻均左边部分电路的等效电阻均为为R R。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量
25、与调理 vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 如果输入的是如果输入的是n n位二进制数，则位二进制数，则 当取当取R RF F=R R时，则上式为时，则上式为 上式表明，上式表明，DACDAC输出的模拟电压输出的模拟电压U Uo o与输入与输入n n位二进制数字位二进制数字量量d dn-1n-1，d dn-2n-2，d d0 0成正比，从而实现了数模转换。成正比，从而实现了数模转换。vvv Chapter 1
26、0 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.9.3 DAC的主要参数的主要参数1、转换精度转换精度1211012111一般用一般用分辨率分辨率和和转换误差转换误差来描述转换精度来描述转换精度(1)分辨率分辨率 电路所能分辨的最小输出电压电路所能分辨的最小输出电压ULSB与与满刻度输出电压满刻度输出电压Uomax之比，之比，分辨率分辨率当当Uomax一定时，一定时，n越大，分辨能力越高越大，分辨能力越高。n=10的的DAC分辨率分辨率
27、=n=11的的DAC分辨率分辨率 =vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 (2)(2)转换误差转换误差一般是指输入端加满刻度的一般是指输入端加满刻度的数字量时，数字量时，DACDAC输出电压的理论值与实际值输出电压的理论值与实际值之差。之差。转换误差转换误差一般应低于一般应低于 。例如例如，某控制系统中有一，某控制系统中有一D/AD/A转换器，如果系统要求该转换器，如果系统要求该D/AD/A转换器的转换误差（
28、转换器的转换误差（相对误差相对误差）小于）小于0.25%0.25%，试问应，试问应选择多少位的选择多少位的D/A/D/A/转换器？转换器？解：解：转换误差转换误差Uomax0.25%转换误差转换误差UomaxUomaxUomax0.25%LSBUUomax0.5%121100%05%n.n=7.64D/A转换器位数至少为转换器位数至少为8 8位位。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 2 2、转换速度、转换速
29、度 当当DAC输入的数字量发生变化时，输出的模拟量输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，而需要一段时间。并不能立即达到所对应的量值，而需要一段时间。通常用建立时间和转换速率来描述。通常用建立时间和转换速率来描述。建立时间建立时间（tset）指输入数字量变化时，输出电压变化到相）指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。一般用应稳定电压值所需时间。一般用DAC输入的数字量输入的数字量NB从全从全0 0变变为全为全1 1时，输出电压达到规定的误差范围（时，输出电压达到规定的误差范围（LSB/2）时所需时间）时所需时间表示。表示。转换速率转换速率（SR）用大
30、信号工作状态下，模拟电压的变化率）用大信号工作状态下，模拟电压的变化率表示。表示。3 3、温度系数、温度系数 是指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度是指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化发生的变化量。变化发生的变化量。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.10 A/D转换器转换器n10.10.1 A/D转换的一般步骤及分类转换的一般步骤及分类1.1.A/DA/D转换器的一般步骤转换器的一般步
31、骤（1 1）采样、保持）采样、保持。采样采样：就是把一个时间上：就是把一个时间上连续的信号变换为时间上连续的信号变换为时间上离散的信号。离散的信号。保持：保持：将采样信号保持一段将采样信号保持一段时间，使时间，使A/DA/D转换器有充分转换器有充分时间进行时间进行A/DA/D转换。转换。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 （2）量化、编码量化、编码 模拟信号经采样、保持而抽取的采样电模拟信号经采样、保持而抽
32、取的采样电压值，就是在压值，就是在t1、t2、t3、时刻时刻ui的瞬时值，的瞬时值，这些值的大小，在时间上是离散的，但在幅这些值的大小，在时间上是离散的，但在幅值上仍属于模拟量。值上仍属于模拟量。数字量是离散的，数字量是离散的，把采样电压归到把采样电压归到ULSB的整数倍的离散电平的整数倍的离散电平上去，这一转化过程上去，这一转化过程称为称为量化量化。把量化的结果再转化为对应的代码，就是把量化的结果再转化为对应的代码，就是编码编码。UiD000001010011100101110111ULSBvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Cha
33、pter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 2.A/D转换器的分类转换器的分类A/D转换器转换器直接型直接型并联比较型并联比较型反馈比较型反馈比较型计数型计数型逐次比较型逐次比较型间接型间接型电压时间变换型（电压时间变换型（U/T变换型）变换型）电压频率变换型（电压频率变换型（U/f变换型）变换型）vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与
34、调理 10.10.2 直接型直接型A/D转换器转换器1 1、快速并行快速并行 A/D A/D转换器转换器0Ui（1/14）UR时：000（1/14）UR Ui（3/14）UR时：00100000000000000000（1/14）UR为量为量化单位化单位111vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 表表10.10.1 电路的代码转换电路的代码转换UiQ7 Q6 Q5Q4 Q3 Q2Q1D2D1D00 Ui1/1
35、4UR0 0 0 0 0 0 00 0 01/14UR Ui3/14UR0 0 0 0 0 0 10 0 13/14UR Ui5/14UR0 0 0 0 0 1 10 1 05/14UR Ui7/14UR0 0 0 0 1 1 10 1 17/14UR Ui9/14UR0 0 0 1 1 1 11 0 09/14UR Ui11/14UR0 0 1 1 1 1 11 0 111/14UR Ui13/14UR0 1 1 1 1 1 11 1 013/14UR UiUR1 1 1 1 1 1 11 1 1vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10
36、Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 逐次比较型逐次比较型ADC，又称逐次逼近型，又称逐次逼近型ADC。其工作。其工作原理类似与天平的称重过程（如称原理类似与天平的称重过程（如称13克的重物）。克的重物）。2、逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器序号序号 砝码（砝码（8 8、4 4、2 2、1 1克）克）砝码取留砝码取留1 18 8留留2 24 4留留3 32 2去去4 41 1留留vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 C
37、hapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 例：模拟输入电压例：模拟输入电压UxUx5.52V,D/A5.52V,D/A转换器的转换器的参考电压参考电压U UR R8V8V。试用试用4 4位位A/DA/D转换器转转换器转换。换。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 第一个第一个CPCP到来到来0 00 00 00 0D/AD/A转换器的输出转换器的
38、输出U UO O=4V=4Vd d d d3 3 3 3=1=1=1=1 留下留下留下留下d d d d3 3 3 3=1=1=1=1第二个第二个CPCP到来到来D/AD/A转换器的输出转换器的输出U UO O=6V=6Vd d d d2 2 2 2=0=0=0=0d d d d2 2 2 2=1=1=1=1第三个第三个CPCP到来到来D/AD/A转换器的输出转换器的输出U UO O=5V=5Vd d d d1 1 1 1=1=1=1=1d d d d1 1 1 1=1=1=1=1 留下留下留下留下第四个第四个CPCP到来到来D/AD/A转换器的输出转换器的输出U UO O=5.5V=5.5V
39、d d d d0 0 0 0=1=1=1=1d d d d0 0 0 0=1=1=1=1 留下留下留下留下1 10 00 00 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 10 00 01 11 11 10 0vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 集成集成DAC0809简介简介vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10
40、Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.10.3 A/D转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数1.1.分辨率：分辨率：ADCADC的分辨率是指输出数字量变化一个最的分辨率是指输出数字量变化一个最低有效位低有效位(LSB)(LSB)所对应的输入模拟电压的变化量。例如所对应的输入模拟电压的变化量。例如
41、ADCADC输入模拟电压变化范围为输入模拟电压变化范围为0 010V10V，输出为，输出为1010位数码，位数码，则分辨率为则分辨率为分辨率也可用百分数表示，即分辨率也可用百分数表示，即 一般来说，位数愈多，则每一位二进制代码所一般来说，位数愈多，则每一位二进制代码所代表的模拟量越小，其分辨能力也越高代表的模拟量越小，其分辨能力也越高。0.097%vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 2转换速度转换速度 A/
42、D转换器的转换速度主要取决于转换转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型。电路的类型。并联比较型：并联比较型：速度最快，如速度最快，如100ns逐次比较型逐次比较型：0.5100s之间之间双积分型：双积分型：数十数十数百数百ms之间。之间。vvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.11 数据的采集与处理数据的采集与处理10.11.1 采样定理采样定理 采样过程中采样过程中 Ts：采样时间间隔：采样时间间隔(
43、采样周期采样周期)fs：采样频率：采样频率 假设被采样信号具有有限的频带宽度假设被采样信号具有有限的频带宽度fc，即被采样，即被采样信号的各次谐波频率成分均满足信号的各次谐波频率成分均满足ffcvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 采样定理：具有有限带宽采样定理：具有有限带宽fc的模拟信号，的模拟信号，可以用可以用Ts1/2fc的时间间隔对该信号进的时间间隔对该信号进行采样，该采样信号可以完整的描述原行采样，该采样信号可以完整的描述原来的模拟信号来的模拟信号注意：fs是理想情况下所使用的采样频率的下限，实际采样选择fs=(35)fcvvv Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 Chapter 10 信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理信号测量与调理 10.11.2 测量数据的处理测量数据的处理1、剔除奇异项2、平滑滤波（移动平均）3、平均滤波