D522B的增益温度系数产生的误差：其增益为1000时的最 大温度系数等于±25×10-6/℃。增益为100时，温度系数要小于 这一数值，如仍取这一数值，且设所用增益电阻温度系数为 ±10×10-6/℃，环境温度变化±15℃时的最大温度增益误差为 (25+10)×10-6×15×100＝0.05 在100℃时，该误差折合到放大器输入端为0.05mV，相当于 0.05℃。 6)AD522B线性误差：其非线性在增益为100时近似等于0.002 ％，输出10V摆动范围产生的线性误差为 10×0.002％V＝2×10-4V＝0.2mV (相当于0.2℃) 现按绝对值和的方式进行误差综合，则传感器、信号放大电 路的总误差为 (0.2+0.02+0.04+0.10+0.04+0.03+0.05+0.20)℃＝0.68℃ 若用方均根综合方式，这两部分的总误差为: 0.31℃ 估算结果表明，传感器和信号放大电路部分满足误差分配的 要求。
四.采样保持器S/H的选择
1.原理
A/D转换过程中，输入信号应保持不变。 采样/保持器可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定 时间内保持不变。 采样/保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。 在采样方式下，其输出跟随模拟输入电压；在保持方式下， 其输出将保持采样命令发出时刻的输入电压值，直到保持命 令撤销为止。
对数据采集系统性能的要求： 1. 系统的采样速率 2. 系统的分辨率
3. 系统的精度
接口特性 ： 1. 主机（PC、MCU、DSP） 2. 并行、串行、总线 3. 数据的编码格式
二.A/D转换器的选择要点 1.A/D转换位数
2.转换速度
3.环境条件
4.接口
三.模拟多路转换器MUX
1. 介绍： 一种可控制的开关。举例：AD7501, AD7502
选择元器件精度的一般规则是：每一个元器件的 精度指标应该优于系统规定的某一最严格性能指标的 10倍左右。例如，要构成一个要求0.1％级精度性能 的数据采集系统，所选择的A／D转换器、采样保持器 和模拟多路转换器组件的精度都应该不大于0.01％。
初步选定各个元器件之后，还要根据各个元器件 的技术特性和元器件之间的相互关系核算实际误差， 并且按绝对值和的形式或方均根形式综合各类误差， 检查总误差是否满足给定 的指标。如果不合格，应 该分析误差，重新选择元器件及进行误差的分析综合， 直至达到要求。下面举例说明。
2)常温(25℃)下误差估算：
常温下误差估算包括多路转换器误差、采集器误差 和A／D转换器误差的估算。 ①多路转换器误差估算：设信号源内阻为100，则8 个开关截止漏电流在信号源内阻上的压降为 10×10-9×8V＝0.08uV(可以忽略) 开关导通电阻和采样保持器输入电阻的比值，决定 了开关导通电阻上输入信号压降所占比例，即 300/1011 = 3*10-9 (可以忽略) ②采样保持器的误差估算。 线性误差为±0.01％。 输入偏置电流（0.5nA）在开关导通电阻和信号源 内阻上所产生的压降为 (300+10)×0.5×10-9V＝1.6×10-7V＝0.16uV(忽略)
AD7501(AD7503) 和 AD7502的功能框图
AD7501(AD7503) 和AD7502通道选择真值
2.多路测量通道的串音问题
模拟开关的断开电阻Roff 不是无穷大和多路模
拟开关中存在寄生电容的缘故。
多路切换系统的低频等效电路
为减小串音干扰，应采用如下措施：
(1)为减少漏电流影响,减小信号源内阻Ri，为 此前级应采用电压跟随器； (2) 选用Ron极小、Roff极大的开关管； (3) 减少输出端并联的开关数N。 (4)模拟开关不用的输入端接地。 (5)减小串音应选用寄生电容小的MUX。
(3)A／D转换器、采样保持器和多路转换器的误差估算
因为分配给该部分的总误差不能大于0.1％，所以A／D转换 器、采样保持器、多路转换器的线性误差应小于0.01％。为了能 正确地做出误差估算，需要了解这部分器件的技术特性。 1)技术特性：设初选的A／D转换器、采样保持器、多路转换 器的技术特性如下： ①A／D转换器为MAXl240，其有关技术特性如下： 线性误差为0.012％(FSR)。 微分线性误差为±1LSB。
例：设计一个远距离测量室内温度的模拟输 入通道。要求：
已知满量程为100℃，共有8路信号，要求模 拟输入通道的总误差为±1.0℃(即相对误差±1 ％)，环境温度为25℃±15℃，电源波动为±1％。 模拟输入通道的设计可按以下步骤进行。
1．方案选择
鉴于温度的变化一般很缓慢，故可以选择多通道共 享采样保持器和A／D转换器的通道的结构方案，温度 传感器及放大电路如下页图。
按绝对值和方式综合误差的表达式为：
MUX AMP SH ADC
式中，εMUX为多路模拟转换器的误差； εAMP为 放大器的误差； εSH为采样保持器的误差；
εADC为A／D转换器的误差。
数据采集系统的误差分配举例
设计一个数据采集系统，一般首先给定精度 要求、工作温度、通道数目和信号特征等条件， 然后根据条件，初步确定通道的结构方案和选择 元器件。 之后，应根据通道的总精度要求，给各个环 节分配误差，以便选择元器件。通常传感器和信 号放大电路所占的误差比例最大，其他各环节如 采样保持器和A／D转换器等误差，可以按选择元 器件精度的一般规则和具体情况而定。
计算数据采集系统误差时，必须对各部 分电路进行仔细分析，找出主要矛盾，忽略 次要的因素，分别计算各部分的相对误差， 然后进行误差综合。
如果误差项在5项以上，按方均根形式 综合为宜；
若误差项在5项以下，按绝对值和的方 式综合为宜。
按方均根形式综合误差的表达式为：
2 2 2 2 MUX AMP SH ADC
第八章 数据采集系统
一、系统设计考虑的因素
二、A/D转换器的选择要点
三、模拟多路转换器MUX 四、采样保持器S/H 五、数据采集系统举例 六、数据采集系统误差的计算
一.采集系统设计考虑的主要因素

输入信号的特性


对数据采集系统性能的要求
接口特性
输入信号的特性： 1. 信号的数量 2. 信号的输入方式（单端、差动、单极性、 双极性，接地、浮地） 3. 信号的强弱及动态范围 4. 信号的频带宽度 5. 信号是周期还是瞬态 6. 信号中的噪声 7. 共模电压大小 8. 信号源的阻抗
采样保持器原理示意图
孔径误差产生原理
2.孔径时间：控制器发出保持命令后，保持开关需 要延时一段时间才能真正断开，保持电容才开始起 作用，这段时间为孔径时间。
3.最大孔径误差
U i U m cost
dVi Vo, max ( ) max t AP dt
U o,max 2fU m t AP
dV I D dt CH
电流的代数和:模拟开关 断开时的漏电流、保持电 容本身的介质漏电和介质 吸附效应引起的电荷变化。
5. 常用采样保持器芯片
LF198/LF298/LF398
LF198/LF298/LF398原理图
LF398的典型应用电路
五.数据采集系统举例
16路数据采集系统
六．数据采集系统误差的计算
f max
1 m 1 tc 2
1 f max m1 t AP 2
tAP=10ns fmax=3750Hz
一个12位ADC，tc=25μ s 信号频率不能超过1.5Hz。
4.输出电压的跌落 A/D转换时间tC 内S/H理想情况下应保持不变, 但存在输出电压的跌落。
ID 为流过保持电容 CH 的漏
2．误差分配
由于传感器和信号放大电路是整个通道总误差的 主要部分，故将总误差的90％(即±0.9℃的误差)分配 至该部分。该部分的相对误差为0.9％，数据采集、 转换部分和其他环节的相对误差为0.1％。
3．初选元器件与误差估算
(1)传感器选择与误差估算 由于是远距离测量，且测量范围不大，故选择电流输出型 集成温度传感器AD590K。由技术手册可查出： 1)AD590K的线性误差为0.20℃。 2)AD590K的电源抑制误差：当5V≤VS≤15V时，AD590K的电 源抑制系数为0.2℃／V。现设供电电压为10V，Vs变化为1％，则 由此引起的误差为0.02℃。 3)电流电压变换电阻的温度系数引入误差：AD590K的电流 输出远传至采集系统的信号放大电路，需先经电阻变为电压信 号。电阻值为1kΩ，该电阻误差选为0.1％，电阻温度系数为 10×10-6/℃。AD590K灵敏度为1μA／℃。在0℃时输出电流为 273.2μA。所以，当环境温度变化15℃时，它所产生的最大误差 电压(当所测量温度为100℃时)为 (273.2×10-6)×(10×10-6)×15×103V ＝4.0×10-5V＝0.04mV (相当于0.04℃)
增益温度系数(max)为±0.25×10-6/℃。 失调温度系数(max)为±0.68×10-6/℃。 电压灵敏度为3.6V±0.0008％。 输入模拟电压范围为1.0V~3.6V。 转换时间为5.5us~7.5us。
②采样保持器为ADSHC-85，其有关技术特性如下： 增益非线性为±0.01％。 增益误差为±0.01％。 增益温度系数为±10×10-6/℃。 输入失调温度系数为±100uV／℃。 输入电阻为1011Ω。 电源抑制为200uA／V。 输入偏置电流为0.5nA。 捕获时间(10V阶跃输入、输出为输入值的0.01％)为4.5us。 保持状态稳定时间为0.5us。 衰变速率(max)为0.5mV／ms。 衰变速率随温度的变化为温度每升高10℃，衰变数值加倍。 ③多路开关为AD7501或AD7503，其主要技术特性如下： 导通电阻为300Ω。 输出截止漏电流为10nA(在整个工作温度范围内不超过 250nA)。