高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰
、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等；
5.能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
(二) 选用什么类型传感器
对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量， 例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻、热敏 电阻、半导体PN结、IC温度传感器、光纤温度传感器 等好多种。在都能满足测量范围、精度、速度、使用 条件等情况下，应侧重考虑成本低、相配电路是否简 单、可靠性等因素进行取舍，尽可能选择性能价格比
• 与实现转换所采用的电路技术有关
• 与位数有关
• 采集系统转换时间还与接口模式有关
(3) 精度与误差
绝对误差(精度) 数字输出码所对应的模拟输入电压实 际值与理想值之差。 绝对误差由增益误差、偏移误差、非线性 误差、噪声等组成。 相对误差(精度) 数字输出码所对应的模拟输入实际值与 理想值之差与模拟满量程值之比，用％表 示 。绝对误差/满量程值之比。
3. 共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准
确、安全的测量。
GF289集成隔离放大器
GF289典型接法
第三节 传统 A/D转换器及接口技术
1. ADC的基本概念 2. 技术指标的含义 3. 比较型ADC、积分型ADC、V/F的转换原理 4. 典型芯片选择及接口设计
（3、4看书查阅资料自学）
1.ADC的基本概念
环境温度的改变会造成偏移、增益 和线性度误差的变化。
二、传统ADC的转换原理
(一) 比较型ADC 比较型ADC可分为反馈比较型及非反馈（直接 ）比较型两种。高速的并行比较型ADC是非反 馈的，智能仪器中常用到的中速中精度的逐次
逼近型ADC是反馈型.
逐次逼近式转换器原理
(二) 积分型ADC
双积分ADC
Af (1 2R1 / RG )
由上式可知，通过调节电阻RG，可以很方 便地改变仪用放大器的闭环增益。当采用 集成仪用放大器时，RG一般为外接电阻。
在实际的设计仪用放大电路过程中， 重点考虑以下主要性能指标： 1.非线性度 3. 建立时间 2. 温漂 4. 恢复时间
5. 电源引起的失调
6. 共模抑制比
第一节 数据采集系统的组成结构
传感器
模拟信号调理 数据采集电路
微机系统
图2.1 数据采集系统的基本组成
多路模拟输入通道数据采集系统
◆同时测量多种物理量或同一种物理
量的多个测量点。
多路模拟输入通道可分为两大类型：
◆集中式采集
◆分布式采集
一、多路模拟信号集中采集式 1. 集中式数据采集系统的典型结构之一
三、信号调理通道中的常用放大器
仪用放大器 程控增益放大器
隔离放大器
(一) 仪用放大器
仪用放大器的基本结构
仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4 ＝R6，R5＝R7。则放大器闭环增益为：
Af (1 2R1 / RG ) R5 / R4
假设R4=R5，即第二级运算放大器增益为 1，则可以推出仪用放大器闭环增益为：
1. 非线性度 它是指放大器实际输出输入关系曲线
与理想直线的偏差。
VO
VI
2. 温漂
温漂是指仪用放大器输出电压随温 度变化而变化的程度。
输出电压会随温度的变化而发生
(1~50)V/℃变化，这与仪用放大器的增 益有关。
3. 建立时间
指从阶跃信号驱动瞬间至仪用放大器输出电
压达到并保持在给定误差范围内所需的时间。
•前置放大器的放大倍数应该多大？
放大器噪声分析
VIS VIN0 前置放大器K0 VIN VOS
后级电路K
VON
VIN VON / K
总的等效输出噪声：
VON
(VIN 0 K 0 K ) (VIN K )
2
2
总的等效输入噪声：
VON VIN K0 K
V
2 IN 0
VIN 2 ( ) K0
4. 恢复时间
指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和
状态恢复到最终值所需的时间。 放大器的建立时间和恢复时间是由频带宽度决 定，直接影响数据采集系统的采样速率。 放大器增益带宽积指标
5. 电源引起的失调
指电源电压每变化1%，引起放大器的 漂移电压值。
仪用放大器一般用作数据采集系统的
前置放大器，对于共电源系统，该指标则 是设计系统稳压电源的主要依据之一。
两种调理电路的对比
（a） VIN
2 (VIN 0 K ) 2 VIN 1
K
V
2 IN 0
VIN1 2 ( ) K
(VIN1 K ) 2 (VIN 0 K ) 2 2 2 VIN 0 VIN1 （b） VIN K
，调理电路中放大器设置在 VIN VIN 由于 K＞1,所以， 滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声。
b．微分线性度误差
定义为ADC传输特性台阶的宽度（实际的量
子值）与理想量子值之间的误差，也就是
两个相邻码间的模拟输入量的差值对于
Vr/2n的偏离值。
失码（Missing Cord）或跳码(Skipped
Cord)，也叫做非单调性。
ADC的积分线性度误差
ADC的微分线性度误差
ADC的失码现象
温度对误差的影响
高的传感器。
1. 大信号输出传感器 : 为了与A/D输入要求相适应，传感器厂家 开始设计、制造一些专门与A/D相配套的 大信号输出传感器。
传感器 小电压 小信号放大 信号修正与变换 滤波 A/D 微机
小电流
传感器 大电压 V/F
传感器
大电流
光电耦合 I/V转换
微机
图3.5 大信号输出传感器的使用
2. 数字式传感器：
采用频率敏感效应器件构成，也可以由 敏感参数R、L、C构成的振荡器，或模拟 电压输入经 V/F转换等。 具有测量精度高、抗干扰能力强、便于
远距离传送等优点。
频率量及开关量输出传感器的使用
传感器 频率 输出 开关量 输出 放大 整形 整形 光电 隔离 光电 隔离 计算机
传感器
计算机
3. 集成传感器 集成传感器是将传感器与信号调理 电路做成一体。例如，将应变片、应变 电桥、线性化处理、电桥放大等做成一
应用场合:
•高共模电压场合：如电力线电流取样、 强电场中测量小范围电压差； •测试现场干扰比较大的微弱模拟信号， 而对信号的传递精度要求又高; •多个系统不能共地.
特点：
1. 能保护系统元件不受高共模电压的损害，
防止高压对低压信号系统的损坏。
2. 泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须
提供偏流返回通路。
6. 共模抑制比
CMRR=20logAdef/Acom 共模电压存在场合
(二) 程控增益放大器
程控放大器是常用部件，在许多实际 应用中，为了在整个测量范围内获取合适 的分辨力，常采用可变增益放大器。 增益由仪器内置计算机的程序控制。这 种由程序控制增益的放大器，称为程控放 大器。
程控放大器原理框图
ADC的分辨率定义为ADC所能分辨 的输入模拟量的最小变化量。 用ADC输出数字量的位数n表示， 代表ADC有2n个可能状态，可分辨出
满量程值的1/2n 的输入变化量。此
输入变化量称为1LSB（即一个量子Q）
(2) 转换时间
A/D转换器完成一次转换所需的时间 定义为A/D转换时间。其倒数称为转换 速率。
量化特性及量化误差
一般而言，n位ADC的理想传输函数由以下两 个式子定义：
Vn (1/ 2)(Vr / 2 ) Vi Vn (1/ 2)(Vr / 2 )
n n
Vr是模拟输入满量程
理想ADC的传输特性和量化误差
A/D转换器技术指标的含义
•分辨率
•转换时间 •精度
•误差
(1) 分辨率
对正负波形对称的干扰信号抑制效果更好。
(三) V/F型ADC
它主要由V/F转换器和计数器构成。V/F型
ADC的特点是：与积分式ADC一样，对工频干
扰有一定的抑制能力；分辨率较高；特别适
体，构成集成压力传感器。
采用集成传感器可以减轻输入通道的
信号调理任务，简化通道结构。
4. 光纤传感器：
这种传感器其信号拾取、变换、传输
都是通过光导纤维实现的，避免了电路 系统的电磁干扰。 光纤传感器可以从根本上解决由现场通 过传感器引入的干扰。
二、运用前置放大器的依据
当传感器输出信号比较小，必须选用前 置放大器进行放大。 •放大器为什么要“前置”,即设置在调理 电路的最前端？
双积分式ADC的优点： • 对R、C及时钟脉冲Tc的长期稳定性无过高要 求即可获得很高的转换精度。 •微分线性度极好，不会有非单调性。因为积 分输出是连续的，因此，计数必然是依次进行 的,即从本质上说，不会发生丢码现象。 •积分电路为抑制噪声提供了有利条件。双积 分式 ADC 是测量输入电压在定时积分时间 T1 内的平均值，对干扰有很强的抑制作用，尤其
增益误差（满量程误差）
指ADC输出达到满量程时，实际模拟输入与理想 模拟输入之间的差值，以模拟输入满量程的百 分数表示。可调，受温度影响。
线性度误差
积分线性度误差和微分线性度误差两种。
a．积分线性度误差
偏移误差和增益误差均已调零后的实际传输特 性与通过零点和满量程点的直线之间的最大偏 离值，有时也称为线性度误差。
偏移误差（又称为偏移电压）
定义:为使ADC的输出最低位为1，施加
到ADC模拟输入端的实际电压与理论值 (1/2Vr／2n)(即1/2LSB所对应的电压值)之 差. 在一定环境温度条件下，偏移电压是可 以调零的。在ADC的产品技术说明书中都给 出偏移误差的温度系数，单位为10-6/℃， 其值约在几到几十范围内。