【文章內(nèi)容簡介】 不變 。 + + A1 A2 Vout 輸入阻抗很高 輸出阻抗很低 Vin 控制端 K CH 注意： 這里的 “ 保持時 ” 就是 A/D轉(zhuǎn)換器的 “ 轉(zhuǎn)換過程 ” ，即 “ A/D的采樣時 ” 。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 64 (1)采樣 /保持器的作用 ① 穩(wěn)定地保持 模擬信號以便能夠完成 A/D轉(zhuǎn)換。 ② 在測量中 同時對若干個模擬輸入量采樣 (每個輸入需 要一個采樣 /保持電路 )。 ③ 消除 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出瞬變，如限制輸出電壓的尖峰。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 65 (2)采樣／保持器的的主要參數(shù) 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 ① 孔徑時間 TAP： 在采樣保持器中，由于模擬開關(guān)有一定的動作滯后，從 保持命令 發(fā)出后至模擬 開關(guān)完全斷開所需的時間稱為孔徑時間， 一般是納秒級。這個時間由器件的開關(guān)動作時間決定。 值得注意的是 采樣保持器的孔徑時間 TAP與 A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間 TA/D完全不同 ② 孔徑時間不確定性 Δ TAP 。它是孔徑時間的變化范圍?？讖綍r間可以提前發(fā)出保持命令加以克服，而 ΔTAP是隨機(jī)的，所以 它是影響采樣精度的主要因素之一 。 66 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 ③ 轉(zhuǎn)換速率：指輸出變化的最大速率，以 V/s為單位 。 ③ 采集時間 (捕捉時間 )TAC： 采樣保持器處于保持模式時，從計算機(jī)發(fā)出采樣命令，由 “保持”轉(zhuǎn)為“采樣”后 ，采樣保持器的輸出值由原來的 保持值過渡到跟蹤當(dāng)前輸入信號值 所需的時間，稱為捕捉時間 包括開關(guān)動作時間，達(dá)到穩(wěn)定值的建立時間和保持值到終值的跟蹤時間，它是影響采樣頻率提高的主要因素，但不影 A/D轉(zhuǎn)換精度。 67 ④ 下跌率 (衰減率 )： 在進(jìn)入保持階段后，由于開關(guān)的漏電流及保持電容泄漏，輸出電壓會下降，以 mV/s表示。在選擇保持電容的容量時要折中地考慮采集時間和下跌率。 增大電容 可減少保持電壓的下降率，提高精度 ，但會增多捕捉時間。 在 轉(zhuǎn)換時間較長且精度高的系統(tǒng) 中應(yīng)該用 較大電容 。當(dāng)然較大電容帶來的是采樣時間加長，這對矛盾應(yīng)該根據(jù)精度和 A/D轉(zhuǎn)換時間 折中選取。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 68 因此，通常采取的辦法 是努力減小泄漏電流，采用 高輸入阻抗的運(yùn)放作為緩沖放大器，選擇優(yōu)質(zhì)電容如 聚四氟乙烯電容作為保持電容 ，選用 漏電流小的模擬開關(guān)等。 (3)常用的采樣／保持器芯片 廉價的： LF398 通用的： AD58 AD583 高速型： THS0060 超高速： THS0010 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 69 LF398的工作原理及主要性能 主要技術(shù)指標(biāo)： 工作電壓 : 177。 5～ 177。 18V； 采樣時間： ≤ 10181。m。 當(dāng)控制邏輯 IN+腳加 “ 1”時，則開關(guān)閉合， 處于采樣 ； 當(dāng)控制邏輯 IN+腳加 “ 0”時 ，則開關(guān)斷開， 處于保持 ； 這樣剛好與 ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束腳 EOC相連（結(jié)束時為 “ 1”） 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 70 AD582的工作原理及主要性能 主要技術(shù)指標(biāo)： 工作電壓 : 177。 9～ 177。 18V； 采樣時間： ≤ 6181。m。 當(dāng)控制邏輯 LOGIC+腳加 “ 0”時 ，則開關(guān)閉合， 處于采樣 ； 當(dāng)控制邏輯 LOGIC+腳加 “ 1”時 ，則開關(guān)斷開， 處于保持 ； 這樣剛好與 AD574A的轉(zhuǎn)換結(jié)束腳 STS相連（結(jié)束時為 “ 0”） 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 71 A/D轉(zhuǎn)換器 是將 模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 的器件或裝置，它是一個模擬系統(tǒng)和計算機(jī)之間的接口，它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，得到了廣泛的應(yīng)用。 1）逐步逼近法 —— 利用 D/A轉(zhuǎn)換器 輸出推測信號與模擬輸入信號進(jìn)行比較，再修正，直到逼近輸入信號。 屬于中速 A/D轉(zhuǎn)換器 如： ADC0809—— 8位帶選擇開關(guān)， 120181。s。 AD574A—— 12位 ADC1210—— 12位無輸出鎖存器 六、 A/D轉(zhuǎn)換器 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 72 2）積分方式 —— 先對輸入模擬電壓進(jìn)行定時積分，然后轉(zhuǎn)向?qū)?biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，測量時間 T的脈沖數(shù)。 屬于慢速 A/D轉(zhuǎn)換器 如： CC1443 5G1443 ICL7135 3） V/F變換式 ——如： AD652 4）雙極型 ——屬于高速 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 20～ 100ns 5） Σ Δ 型 ——屬于高分辨率、中速 A/D轉(zhuǎn)換器 。 如： AD7701（ 16位）、 AD7710(24位） 6）余數(shù)反饋比較型 ——屬于高精度 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 如： AD7884 ， 16位高速高精度， 6181。s 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 73 ① 分辨率 ：通常用數(shù)字量的 位數(shù) n(字長 )來表示，如 8位、12位、 16位等。分辨率為 n位表示 ,它能對滿量程輸入的 1／ 2n的增量作出反映，即數(shù)字量的 最低有效位 (LSB)對應(yīng)于滿量程輸入的 1／ 2n。若 n=8，滿量程輸入為，則 LSB對應(yīng)于模擬電壓為： ／ 28=20mV。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 ② 量程 它是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。如 5V、 10V等。 74 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 ③ 轉(zhuǎn)換精度 它是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實(shí)際值的準(zhǔn)確度。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度取決于 量化誤差 q、 微分線性度誤差 DNLE和 積分線性度誤差 INLE 。 在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為 積分線性度誤差 INLE 。 每轉(zhuǎn)換一步（即轉(zhuǎn)換 最低有效位 (LSB) 所對應(yīng)的電壓） ，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的誤差定義為 微分線性度誤差DNLE 。 線性誤差常用 LSB的分?jǐn)?shù)表示，如 1/2LSB或 177。 1LSB。 75 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 通常用 絕對精度 和 相對精度 兩種表示方法。 絕對精度 常用數(shù)字量的位數(shù)表示法，如絕對精度為 177。 1/2LSB； 相對精度 用相對于滿量程的百分比表示 如滿量程為 10V的 8位 A／ D轉(zhuǎn)換器，其絕對精度為， 81 / 2 1 0 / 2 1 9 . 5 m V? ? ? ?而 8位 A/D的相對精度為 8( 1 / 2 ) / 2 1 0 0 % 0 . 1 9 %?? 精度和分辨率不能混淆。即使分辨率很高，但溫度漂移、線性不良等原因可能造成精度不是很高。 76 ⑥ 對基準(zhǔn)電源的要求 ：基準(zhǔn)電源的精度對整個系統(tǒng)的精度產(chǎn)生很大影響 。故在設(shè)計時，應(yīng)考慮 是否要外接精密基準(zhǔn)電源 。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 ④ 轉(zhuǎn)換時間 （即孔徑時間 TA/D ） ： 指完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需要的時間 。 ⑤ 工作溫度范圍 ： 較好的 A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度為 40～85℃ ，較差的為 0～ 70℃ 。 77 各廠家的 A/D轉(zhuǎn)換器芯片不僅型號五花八門，性能各異，而且功能相同的引腳命名也各不相同，沒有統(tǒng)一的名稱，但從使用的角度來看，任何一種 A/D轉(zhuǎn)換器芯片一般具有以下輸出信號線。 （ 1）轉(zhuǎn)換啟動線 (輸入 ) 它是由系統(tǒng)控制器發(fā)出的一種控制信號，此信號一旦有效， 轉(zhuǎn)換立即開始 。 （ 2） 轉(zhuǎn)換結(jié)束線 (輸出 ) 轉(zhuǎn)換完畢后 由 A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出的一種狀態(tài)信號，由它中斷或 DMA傳送，或作查詢之用。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 78 （ 3） 模擬信號輸入線 來自被轉(zhuǎn)換的對象，有 單通道輸入與多通道輸入 之分 。 （ 4） 數(shù)字信號輸出線 由 A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量送給 CPU的數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線的根數(shù)表示 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。 有的 A／ D轉(zhuǎn)換器還有 時鐘輸入線 和 模擬輸入通道選擇線 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 79 輸入輸出線對于不同類型的 A/D轉(zhuǎn)換器又有差異，因此，在選擇和使用 A／ D轉(zhuǎn)換器芯片時，除了要滿足用戶的轉(zhuǎn)換速度和分辨率要求之外，還要注意 A/D轉(zhuǎn)換器的 連接特性 ，一般有以下幾點(diǎn)。 ① A/D轉(zhuǎn)換器芯片的 轉(zhuǎn)換啟動信號 是用 電平啟動 還是 脈沖沿啟動 。對那些要求用電位啟動的 A／ D芯片，如 AD574要求用 低電平啟動，必須在轉(zhuǎn)換過程中一直保持低電平有效 ，如果在轉(zhuǎn)換過程結(jié)束之前將 啟動信號撤銷 ，就會終止轉(zhuǎn)換過程，而得到錯誤的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 80 ② A/D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi) 是否帶有三態(tài)門輸出鎖存器 來輸出數(shù)字量。若有，則輸出線可與 CPU的數(shù)據(jù)總線 直接連接 ；若無，則需外加鎖存緩沖器 。 ③ 輸出數(shù)字量的形式，是 二進(jìn)制還是 BCD碼 。如 MCl4433就是 BCD碼輸出，故可以直接送到顯示器進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)字顯示。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 81 A/D轉(zhuǎn)換器芯片 AD574A 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 82 AD574A的引腳特性 ① 10VIN、 20 VIN、 BIPOFF：模擬電壓信號輸入線，當(dāng)輸入電壓量程為 DC10V時，電壓信號從 10VIN腳輸入 ，如為DC20V時 ，電壓信號從 20V1N腳輸入。 在 單極性輸入方式下 ， BIPOFF引腳接模擬公共地； 在 雙極性輸入方式 下， BIPOFF引腳可接 5V(5～ +5V輸入信號 )或 10V(10～ +10V輸入信號 )。 BIPOFF——雙極性偏置 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 83 ② VDD：模擬電路工作 正電源輸入線 ，電壓為 DC+12V或 DC+15V； ③ VEE： 模擬電路工作 負(fù)電源輸入線 ，電壓為 DC12V或DC15V； ④ AGND： 模擬電路公共接地線； ⑤ Vcc：數(shù)字電路工作 正電源輸入線 ，電壓為 DC+5V ⑥ DGND：數(shù)字電路公共接地線 ⑦ REFOUT：內(nèi)部基準(zhǔn)電源輸出線，提供 DC+10V(177。 1％ )的基準(zhǔn)電壓； 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 84 ⑧ REFIN： A/D轉(zhuǎn)換 基準(zhǔn)電壓輸入線 ，將 REFOUT輸出線通過電阻與 REFIN輸入線連接， 可以調(diào)整輸入轉(zhuǎn)換電壓的量程范圍。 ⑨ STS： 轉(zhuǎn)換 結(jié)束輸出信號線 。 A/D轉(zhuǎn)換時，為 高電平 ； A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，為 低電平 。 ⑩ D0～ D11： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出線。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 85 （ 11） CE： 使能信號 輸入線，高電平有效 （ 12） CS： 片選信號 輸入線，低電平有效。 （ 13） R/C：讀、起動轉(zhuǎn)換控制信號輸入線 ， 高電平 時，表示操作是 讀 取 A／ D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 低電平 時，表示操作是起動 A/D轉(zhuǎn)換