【文章內容簡介】 14所示 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 2— 14 AD582的引腳及原理圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 AD582的各引腳功能如下： +IN、 － IN：采樣／保持器模擬輸人信號端 。 接 +IN時 ， 輸出與輸入同相；接－ IN時 ， 輸出與輸入反相 。 NULL：調零端 。 使用時要求外接一個電位器 ， 以調整第一級差動運算放大器的工作電流 。 CH：外接保持電容 。 由用戶選用 。 0UTPUT：采樣／保持器輸出端。由于采樣／保持器的增益為 1，所以輸出始終跟蹤輸入 (注意相位的變化 )。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 Logic IN+、 Logic IN－：邏輯控制差動輸入端 。 Logic IN+相對于 Logic IN－的電壓為－ 6 V～ + V時 ， AD582處于采樣工作方式； Logic IN+偏置為 +2 V～ +Vs－ 3 V之間時 ， AD582處于保持工作方式 。 +Vs、 － Vs：電源端 。 分別為 +15 V和－ 15 V。 NC：空腳。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 AD582的使用特點如下： （ 1） 采樣時間比較短 ， 最短可達 6 μ s。 該時間與所選擇的保持電容的大小有關 。 （ 2） 保持電容器 C充電電流與保持時的電容漏電流之間的比值可達 107。 該比值越大 ， 表明保持電壓下降速率越低 。 （ 3） 輸入信號電平可達電源電壓 177。 V S， 可適用于 12位的 A／ D轉換器 。 （ 4） 使用時要把模擬地與數字地相互隔開 ， 以提高抗干擾能力 。 （ 5） 可與任何獨立的運算放大器連接， 以控制增益或頻率響應， 并提供反相信號。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 2) LF198/LF298/LF398 LF198／ LF298／ LF398是一種具有采樣速度高 、 保持電壓下降速率慢及精度高的單片集成采樣／保持器 ， 采用雙極型 —結型場效應管工藝 。 當邏輯控制信號為高電平時 ， 處于跟隨狀態(tài)；為低電平時處于保持狀態(tài) 。 LF198／ LF298／ LF398的電路結構完全相同 ， 只是某些電氣參數稍有不同 ， 其結構原理如圖 215所示 。 LF198系列采用兩種封裝方式 ， 一種是雙列直插式封裝 （ 見圖 216(a)） ， 另一種是 8腳金屬管殼封裝 （ 見圖 216(b)） 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 215 LF198/LF298/LF398結構原理圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 216 LF198/LF298/LF398管腳圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 LF398 ① 電源電壓為 177。 18 V； ② 功率耗散 (封裝限制 )為 500 mW； ③ 工作環(huán)境溫度范圍： LF198／ LF198A為－ 55～ +125℃ ， LF298為－ 25～ +85℃ ， LF398為 0～ +150℃ ； ④ 存儲溫度范圍為－ 65～ +150℃ ； ⑤ 輸入電壓為電源電壓； ⑥ 邏輯到邏輯基準的差動電壓為 +7 V， － 30 V； ⑦ 輸出短路持續(xù)時間不確定； ⑧ 保持電容器短路持續(xù)時間為 10 s； ⑨ 引線溫度 (焊錫， 10 s)為 300℃ 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 217所示是 LF398作為采樣／保持器應用的典型電路 。 管腳 2是調零端 。 將 1 kΩ 電位器的一個固定端接 VCC， 另一個固定端通過電阻接地 ， 可調端接管腳 2。 固定電阻以其流過 mA為宜選取阻值 。 不需要直流調零時 ， 管腳 2懸空 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 217 LF398應用典型電路 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 3. 模 /數 （ A／ D） 轉換器 A／ D轉換器是一種將模擬量轉換成數字量的器件 ， 通常也稱為 ADC。 在數據采集系統中 ， 傳感器的輸出大部分為模擬信號 (電壓 、 電流 )， 而計算機只能接收數字量 。 為此 ， 需要在傳感器與計算機之間進行模／數轉換 ， 以便將模擬電壓信號轉換成計算機能識別的二進制數字信號 。 因此 A／ D轉換器是數據采集系統的重要環(huán)節(jié) ， 它直接關系到測量的準確度 、 分辨力和轉換速度 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 A／ D轉換器的類型較多 。 按其轉換輸出數據的方式 ， 可分為并行和串行兩種 ， 其中并行又分為 8位 、 10位 、 14位和 16位等；按其轉換原理可分為逐次逼近式和雙積分式等 。 并行與串行 ADC各有其優(yōu)勢 。 并行 ADC占用較多的數據線 ， 具有輸出速度快的優(yōu)點 ， 在轉換位數較少時具有很高的性價比 。 串行 ADC占用的數據線少 ， 轉換速度慢 ， 但它也有自身的優(yōu)點： 一是便于信號隔離 ， 只需少數幾路光電隔離器件就可以實現電氣隔離 ， 在轉換位數較多的情況下具有較高的性價比；二是其芯片小 、 引腳少 ， 便于線路板的制作 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 A／ D (1) 分辨力與分辨率 。 A／ D轉換器的分辨率習慣上以輸出二進制位數或 BCD碼位數表示 。 分辨力為 1 LSB (最低有效位數 )。 ?12位 A／ D轉換器 AD574的分辨率為 12位，用百分數表示為 %%1004096 1%1002 112 ????第 2章 檢測信號的傳輸與采集 5G14433雙積分式 A／ D轉換器的分辨率為 3位半。它的滿度字位為 1 999，其百分數表示的分辨率為 %%1001999 1 ?? A／ D轉換器的分辨力 (1 LSB)對數據采集系統的總分辨力起著決定性作用 。 (2) 量化誤差 e 在理論上 ≤ 177。 1/2LSB。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 (3) 轉換時間 。 完成一次 A／ D轉換的時間 TC為 A／ D轉換時間 ， 在這段時間里輸入 A／ D的模擬電壓數值應穩(wěn)定不變 ， 否則就會造成 A／ D轉換的誤差 。 通常轉換時間 TC比采樣 /保持器的孔徑時間 TAP大 ， 更比孔徑抖動 TAJ大得多 ， 因此若不加采樣保持器 ， 在保證轉換誤差不大于量化誤差 e的條件下 ， A／ D轉換器直接轉換輸入信號 Vx(t)的最高頻率是很低的 ， 公式 (22)是轉換時間 TC和轉換器的位數與可采集信號的最高頻率的關系： Cn Tf1211H ?? ?（ 22） 例如： 8位 ADC (080X)， n=8， Tc=100μs， fH≤ Hz； 12位ADC (AD574)， n=12， Tc=35μs， fH≤ Hz； 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 例如： 8位 ADC (080X)， n=8， Tc=100μs， fH≤ Hz； 12位ADC (AD574)， n=12， Tc=35μs， fH≤ Hz； 為了對更高頻率的輸入信號進行模一數轉換 ， 在 A／ D轉換器前都要加采樣保持器 。 (4) 轉換速率是轉換時間 Tc的倒數 ， 如 Tc=20 ns， 即轉換速率為 50MSPS， 就是說每秒完成 50 100次 A／ D轉換 。 (5) 其他參數如對電源電壓變化的抑制比 (PSRR)、 零點和增益溫度系數 、 輸入電阻等 。 A／ D轉換器除了以上主要技術特性外，作為一個測量系統中的一個環(huán)節(jié)，它也有測量環(huán)節(jié)的基本特性 (靜態(tài)特性、動態(tài)特性 )相對應的技術指標，如零點、非線性誤差 (線性度 )、量程等，除廠家給出外，用戶可以自行檢驗或標定。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 4 .A／ D轉換器芯片 AD574A簡介 AD574A型快速 12位逐次比較式 A／ D轉換器為美國模擬器件公司產品 。 一次轉換時間為 25μ s， 轉換速率為 40MSPS， 分辨率 12位 ， 非線性誤差小于 177。 1/2LSB。 采用 28腳雙立直插式封裝 ，各引腳功能如圖 218所示 ， 圖 219是其管腳圖 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 218 AD574的內部結構示意圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 219 AD574A引腳功能 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 1) UL（ 1腳） ——+5 V； VCC(7腳 )—— +15 V／ +12 V； VEE(11腳 )—— － 15 V／－ 12 V； AG(9腳 )——模擬公共端； DG(15腳 )—— 數字公共端。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 2) 模擬信號輸入引腳 AD574A可提供四種模擬量量程范圍的輸入：單極性 0～ +10 V， 0～ +20 V；雙極性－ 5～ +5 V， － 10～ +10 V。 (1) 單極性輸入： BIPOFF(12腳 )——經 100 Ω 電阻接地 。 10 VIN(13腳 )——接量程 0～ +10 V輸入信號； 20 VIN(14腳 )——接量程 0～ +20 V輸入信號 。 (2) 雙極性輸入： BIPOFF(12腳 )——經 100 Ω 可調電阻接 8腳 。 10 VIN(13腳 )——接量程－ 5～ +5 V輸入信號； 20 VIN (14腳 )—— 接量程－ 10～ +10 V輸入信號。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 3) 芯片內參考電壓源可提供基準電壓值為 + V177。 1％ 。 REFOUT(8腳 )——片內參考電壓源基準電壓輸出端； REFIN(10腳 )——基準電壓值輸入端 。 說明： 使用片內參考電壓源時 ， 8腳經 100 Ω 可調電阻接 10腳；使用外部參考電壓源時 ， 10腳接外部參考電壓源 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 (4) 輸出引腳 12個引腳輸出 12位二進制數碼 ， 碼位與引腳對應關系為：引腳 16～ 27— D0～ D11， 為 12位二進制數碼輸出數據線 。 (5) 芯片工作控制信號引入腳 CE(6腳 )—— 片能用信號輸入端； CS(3腳 )—— 片選信號輸入端 。 同時滿足 CE=1， CS=0時， AD574才能處于正常工作狀態(tài)。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 6) A／ D轉換啟動 、 R／ C(5腳 )——讀／信號轉換 ， 低電平 “ 0”啟動 A／ D轉換 ，高電平 “ 1”讀 A／ D轉換結果數據； 12／ 8(2腳 )——數據輸出方式選擇 ， “ 1”高電平 (必須接 +5 V(1腳 ))對應 12位并行數碼輸出； “ 0”低電平 (必須接 15腳 、 地 )對應 8位雙字節(jié)輸出； A0(4腳 )——字節(jié)選擇 。 說明： ① 當 12／ 8=0且 A0=0時 ， 輸出高 8位；當 12／ 8=0且A0=1時 ， 輸出低 4位 ， 并以 4個 0補足尾隨的 4位 。 ② 當 R/C=0且 A0=0時 ， 按 12位 A／ D轉換方式工作；當 R/C=0且 A0=1時 ， 按 8位 A／ D轉換方式工作 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 表 23 AD574A邏輯控制真值表 CE CS R ／ C 12 ／8 A 0 工作狀態(tài) 0 * * * * 不工作 * * * * * 不工作 1 0 * * 0 啟動 12 位轉換 1 0 * * 1 啟動 8 位轉換 1 1 1 接 + 5v * 并行輸出 12 位數字 l 1 1 接地 0 并行輸出高 8 位數字 l 1 1 接地 1 并行輸出低 4 位數字 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 7） 工作狀態(tài)指示 STS(28腳 )—— STS=1時表示