(7) AD582可与任何独立的运算放大器连接,以控制增益或频率响应,以及提供反相信号等。
由于AD582的孔径时间tAP=50ns、捕捉时间tAC=6μs,12位的AD574的转换时间tCONV=25μs,则可以计算出系统可采集的最高信号频率如式2-4所示。
(2-4)
由(2-4)式可见,本设计的系统能对频率不高于15.53KHz的信号进行采样,使系统可采集的信号频率提高了许多倍,大大改善了系统的采样频率。因此,在数据采样系统中加入采样/保持器是很有必要的。但是由采样定理可知,一个有限带宽的模拟信号是可以在某个采样频率下重新恢复而不丧失任何信号的,该采样频率至少应为两倍于最高信号频率。这意味着带采样/保持器的数据采集系统必须在速率至少为两倍的信号频率下采样、转换,并采集下一个点。因此,本设计的系统可处理的最高输入信号频率应为式2-5所示。
(2-5)
AD582是反馈型采样/保持器,保持电容接在运算放大器A2的输入端(脚8)与反相输入端(脚6)之间。根据"密勒效应",这样的接法相当与在A2的输入端接有点容C1H=(1+A2) CH (A2为运算放大器A2的放大倍数)。所以AD582外接较小的电容可获得较高的采样速率。当精度要求不高(±0.1%)而速度要求较高时,可选CH=100PF,这样的捕捉时间tAC6us。当精度要求较高(±0.015%)时,为了减小馈送的影响和减缓保持电压的下降,应取CH=1000PF。因此,本设计的系统根据对采集精度的要求可以配置不同的CH的,图6为AD582的连接图。
图6 AD582的连接图
2.2.4 模/数转换电路
A/D转换器是数据采集系统的关键器件,选择A/D转换器时,要根据系统采集对象的性质来选择其类型。
1. 系统A/D通道方案的确定
在数据采集中,要采集多个模拟信号,而且采集要求不尽相同。因此,系统的数据输入通道
方案多种多样,应该根据被测对象的具体情况确定[6]。
目前,常见的系统A/D通道方案有以下几种。
(1)不带采样/保持器的A/D通道
对于直流或低频信号,通常可以不用采样/保持器,直接用A/D转换器采样。
(2)带采样/保持器的A/D转换通道
当模拟输入信号电压最大变化率较大时,A/D通道需要使用采样/保持器。带采样/保持器的A/D转换通道分为:多路模拟通道共享采样/保持器的通道、多通道共享A/D转换器的通道、多通道并行A/D转换的通道。
多路模拟通道共享采样/保持器的通道是采用分时转换工作方式。模拟开关在单片机控制下,分时选通各个通道信号,然后把信号送采样/保持器和A/D转换器,经过A/D转换器转换后送单片机处理。由于各路信号的幅值可能有很大的差异,常在系统中放置放大器,使加到A/D输入端的模拟电压幅值处于FSR/2~FSR范围,以便充分利用A/D转换器的满程分辨率。多通道共享采样/保持器与A/D转换器的典型电路原理图如图7所示。
根据本设计的系统被采集信号的数量、特性(类型、带宽、动态范围等)、精度和转换速度的要求、各路模拟信号之间相位差的要求和工作环境要求等实际情况,使之既在系统性能上达到或超过预期的指标,又造价低廉。所以本设计的系统采用多路模拟通道共享采样/保持器的方案。
图7 多通道共享采样/保持器与A/D转换器图
如果在某一温度调整转换器的偏移和增益误差为零,则温度改变时,偏移和增益误差就不再是零了。因此,要对各项误差做出估算。如表4所示。
表4 A/D转换器的各项误差
误差源 性 能 误 差 量化误差 ±LSB/2 0.012% 微分线性度误差 ±LSB/2 0.012% 微分线性度
温漂误差 [(2~5)×10-6/℃] ×25℃ 0.005~0.0125% 偏移温漂误差 5×10-6/℃×25℃ 0.0125% 增益温漂误差 [(10~20)×10-6/℃] ×25℃ 0.025%~0.05% 电源