第四章模拟通道

1、第四章 模拟通道主要内容：信号放大与滤波集成运算放大器多路选择与程控增益采样保持A/D与D/A隔离与转换作用：抑制噪声，提高测量精度，信号放大及标准化单端信号输入基本电路无源滤波电路电压跟随器基本电路： 输入阻抗非常大； 输出阻抗非常小。有源滤波：反相放大器基本电路： 输入阻抗不及同相放大器高； K= - R2 / R1有源滤波：同相放大器基本电路： 输入阻抗高； K= 1+（ R2 / R1）有源滤波：双端信号输入基本电路 减法器 仪器放大器仪器放大器运算放大器的主要性能指标输入失调Vos0.55mV输入偏置电流IB1nA100A输入失调电流IOS1nA10A温度漂移Vos /TIos /T

2、150 V/C几个 pA/ C最大差模电压Vidmax平面晶体管 5V横向晶体管 30V最大共模输入电压Vcdmax共模抑制比输入阻抗ri输出阻抗ro带宽BW典型集成运算放大器芯片 LM324 TL062 / 084 OP07 / OP27 LM356/358 AD711 AD515 / AD549典型仪器放大器芯片 AD521/AD522 AD524/AD624 AD620 PGA102数字程控OP07极低漂移单路双极性运算放大器 高精度,低失调,电压型运放2M斩波自稳运算放大器ICL7650特性正参考电压（1）正参考电压（2）负参考电压（1）负参考电压（2）多路转换器/分配器作用： 对相对

3、较为昂贵的A/D实现多路复用原理： CMOS(互补金属氧化物半导体)工作在导通和夹断方式。N-沟道MOSVGS 对N沟道的影响P-沟道MOS导通电阻模拟开关的组成P-N结正向偏置时导通但电压继续升高时将饱和；P-N结反向电压足够大将导致夹断；典型多路转换器 CD4051 CD4052 CD4066 廉价，应用广泛 AD7501,AD7506 高性能多通道 DG211,DG212 自带电平提升性能指标 Ron 导通电阻 Ronvs导通电阻温漂 Iout开关导通电流 Is漏电流（断开时） toff 断开从En有效到输出侧达50%所需时间 ton 接通从En有效到输出侧达50%所需时间应用注意事项

4、导通电阻问题 先断后合，延时时间 建立时间（输出跟随输入） 输入输出信息通过率 交扰与衰减率 有通道并联时对断开的通道输入有通道并联时对断开的通道输入/ /输输出之比用分贝表示出之比用分贝表示使用跟随器AD7506多路转换器光电隔离兼电平提升热电阻测量电路激励源（恒流）采样保持器 用于信号变化快的数据采集 减小孔径误差 在A/D转换过程中加到A/D输入端的信号不发生显著变化采样保持器的原理存储电容低漏电，低介质吸收；聚苯乙烯、聚碳酸脂或聚丙稀电容输入放大驱动能力强输出放大输入阻抗大（CMOS型输入）开关和逻辑控制电路主要性能指标1 采样时间发出采样命令后采样保持器的输出跟随输入信号所需的时间；

5、2 孔径时间TAP发出保持命令后，由逻辑输入控制开关完全断开所需要的时间（1uS);3孔径时间的不稳定性TAP4保持电压下降率 V/ T5馈送保持模式下输入信号的变化部分馈送到输出端典型采样保持芯片 LF198/298/398 AD582LF198及其调零AD582采样保持器模拟通道的通过率A/D转换器 ADC0809 AD574 X2543 ADS7805 嵌入式微处理器自带A/D5.4 A/D 转换器根据原理分类：根据原理分类：逐位比较型、积分型、并行比较型、Vf变换;具体使用要求：具体使用要求：转换速度、精度、价格、功能以及接口条件常用：常用：1）双积分型的A/D 转换器2）逐次逼近型的

6、A/D 转换器数数 /模模 转转 换换S A R时时 序序 及及 控控 制制 逻逻 辑辑数数字字量量输输 出出转转 换换 命命 令令状状 态态 线线 基基 准准 电电 源源比比 较较 器器+-输输 入入 模模 拟拟 电电 压压xVfV逐次逼近式的A/D 转换器的主要特点 转换速度较快在1100/s 以内，分辨率可以达18 位，特别适用于工业控制系统。 转换时间固定不随输入信号的变化而变化。 抗干扰能力相对积分型的差例如，对模拟输入信号采样过程中，若在采样时刻有一个干扰脉冲迭加在模拟信号上，则采样时，包括干扰信号在内，都被采样和转换为数字量，这就会造成较大的误差，所以有必要采取适当的滤波措施。2

7、A/D 转换的重要指标1）分辨率(Resolution) 分辨率反映A/D 转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位(LSB)所对应的模拟输入的电平值表示。n 位A/D 能反应1/2n 满量程的模拟输入电平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即n 位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。2）精度(Accuracy) 精度有绝对精度(Absolute Accuracy)和相对精度(Relative Accuracy)两种表示方法。 绝对误差 在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。

8、我们把它们之间的差的最大值，定义为“绝对误差”。通常以数字量的最小有效位(LSB)的分数值来表示绝对误差，例如： 1LSB 等。绝对误差包括量化误差和其它所有误差。 相对误差 是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。 例如，满量程为10V，10 位A/D 芯片，若其绝对精度为1/2LSB，则其最小有效位的量化单位：9.77mV，其绝对精度为4.88mV，其相对精度为4.88/104=0.048%。3）转换时间(Conversion Time) 转换时间是指完成一次A/D 转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的

9、时间间隔。 转换时间的倒数称为转换速率。例如AD570 的转换时间为25us，其转换速率为40KHz。4）电源灵敏度(power supply sensitivity) 电源灵敏度是指A/D 转换芯片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化1时相当的模拟量变化的百分数来表示。5）量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。 例如，单极性量程为0+5V，0+10V，0+20V； 双极性量程为-5+5V，-10+10V。6）输出逻辑电平 多数A/D 转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。在考虑数字量输出与微处理的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出

10、，是否要对数据进行锁存等。7）工作温度范围 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般A/D 转换器的工作温度范围为（070 ），军用品的工作温度范围为（-55+125)。3.A/D转换过程 A/D转换过程分为4个阶段：即采样、保持、量化和编码。 采样是将一个时间上连续变化的信号转换成时间上离散的信号，根据奈奎斯特采样定理fs2fh，考虑到模数转换器件的非线性失真、量化噪声等因素的影响，采样频率一般取2.53倍的最高频率成分。 要把一个采样信号准确地数字化，就需要将采样所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。保持实将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号，虽然逻辑上保持器是一个独立单元，但是，实际上保持其总是和采样器集成到一起，两者合称采样保持器。X2543时序ADS7805 16位 10s 采样CMOSA/D转换器 100kHz 内部采保 内部电压基准和时钟 单一+5V电压数据编码（不同于偏移2进制码）774787478747874D/A转换器 DAC0832 DAC7541 MAX531/532 DAC712MAX53216位并行输入(两级缓冲) 10V+10V偏