=常量（T）(k 0,1, 2, ）。T为采样周期。
多阶采样：在这种形式下，(tk+r tk ) 是周期性重复，即
tk+r tk =常量，r 1。
随机采样：采样周期是随机的，不固定的，可在任意时刻 进行采样。
模拟信号采样或离散化的示意图如图4-2所示。
x(t)
x* (t)
0 a）模拟信号
因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D和D/A外，通 常采用公共的采样/保持及A/D转换电路，而要实现这种设计， 往往采用多路模拟开关。
1．模拟开关的参数
多路开关的作用主要是用于信号切换，如在某一时刻接通某 一路，让该路信号输入而让其它路断开，从而达到信号切换 的目的。在多路开关选择时，常要考虑下列参数：
（1）通道数量：通道数量对切换开关传输被测信号的精 度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电 容和泄漏电流通常也越大，尤其是在使用集成模拟开关时， 尽管只有其中一路导通，但由于其它模拟开关尽管断开， 只是处于高阻状态，仍存在漏电流对导通的那一路产生影 响；通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
当控制信号为高电平时（保持阶段），开关S断开，A/D转换 器根据电容C上的电压进行转换，电容维持稳定电压的时间
越长越好。
2．常用采样/保持器 常用的采样/保持器有AD582、AD583、LF198/398等。 LF198/LF298/LF398是由场效应管构成的采样/保持电路，它
具有采样速度高，保持电压下降速度慢以及精度高等特点。
率0.3为μV3m。V/s。若A/D转换时间为100μs，CH上的电压下降约
LF398的应用如图4-9所示。
+15V -15V
Vx
IN(+) 5V
0V
1 3
LF398 8
7 采样 保持
4
6 RH CH
5 VOUT
图4-9 输出保持采样输入平均值的电路
4.1.3 模拟开关
在用计算机进行测量和控制中，经常需要有多路和多参数的 采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每 一路都采用放大、采样/保持、A/D等环节，不仅成本比单路 成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻 容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且 对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回 路几乎是不可能的。
计算机前后的信息转换如图4-1所示。
信息输入
模拟信号
采样器
A/D
信息处理 计算机
信息输出
D/A
保持器
模拟信号
时间 连续 信号 模拟
离散 模拟
离散 数字
离散 数字
离散 模拟
连续 模拟
图4-1 计算机前后的信息转换
2．采样过程的数学描述
离散系统的采样形式有：
周期采样，就是以相同的时间间隔进行采样，即 tk+1 tk
LF198/298/398的引脚如图4-8所示。
V+ 偏置
1
8
2
7
控制逻辑IN+ 控制逻辑IN-
输入 V-
3
6
4
5
保持电容CH
输出
图4-8 LF198系列引脚图
当控制逻辑IN－接地时，控制电平与TTL电平兼容。 保CH持上电的容电C压H的到选达取0.取01决%于精保度持时时，间需的25长μs短，。CH当上C的H=电0.压01下μF降，
（2）泄漏电流：如果信号源内阻很大，传输的是个电流 量，此时就更要考虑多路开关的泄漏电流，一般希望泄漏 电流越小越好。
（3）切换速度：对于需传输快速变化信号的场合，就要 求多路开关的切换速度高，当然也要考虑后一段采保和 A/D的速度，从而以最优的性能价格比来选取多路开关的 切换速度。
（4）开关电阻：理想状态的多路开关其导通电阻为零， 而断开电阻为无穷大，而实际的模拟开关无法达到这个要 求，因此需考虑其开关电阻，尤其当与开关串联的负载为 低阻抗时，应选择导通电阻足够低的多路开关。
另外，多路开关参数的漂移性及每路电阻的一致性也需作 考虑。
2．常用模拟开关
（1）CD4051
CD4051为单端8通道低价格模拟开关，引脚如图4-10所示。
4
1
16
VDD
6
2
15
2
COM
3
14
1
7
4
13
0
5
5123来自INH611
A
VEE
7
10
B
VSS
8
9
C
图4-10 CD4051引脚
其中INH为禁止端，当INH为高电平时，八个通道全部禁止； 当INH为低电平时，由A、B、C决定选通的通道，COM为 公共端，真值表如表4-1所示。
小的时间常数。
4.1.2 采样/保持器
1．采样/保持器的工作原理 采样/保持器主要由模拟开关、保持元件C、缓冲放大器组
成，如图4-7所示。
S
－
x* (t) R
x(t)
＋
C
VOUT
控制
图4-7 采样/保持器电路
当控制信号为低电平时（采样阶段），开关S闭合，输入信 号通过电阻向电容C充电，要求充电时间越短越好，以使电 容电压迅速达到输入电压值。
表4-1 CD4051通道
输入
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
0
1
0
1
5
0
1
1
0
6
0
1
1
1
7
1
X
X
X
禁止
（2）MAX354
MAX354是MAXIM公司生产的8选1多路模拟开关，引脚如 图4-11所示，真值表如表4-2所示。
t
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 t/T
b）离散模拟信号
图4-2 模拟信号采样示意图
3．采样定理
采样定理：由采样信号x * (k) 完全无失真地恢复原信号x(t)
的条件是采样速度要满足下式：
s ≥ 2max
或T
≤
1 2
min
其中：s 2π / T，为采样角速度；T为采样周期；max 为原信 号 x(t) 频谱中最高角频率； min 为 x(t) 的各种信号分量中最
第4章 过程输入输出通道接口技术
4.1 概述
4.1.1 信号和采样定理
1．信号类型 在计算机控制系统中，常用的信号有三种类型： （1）模拟（连续）信号 在时间上连续取值，在幅值上连续取值的信号，一般用十进
制表示。所谓连续就是连续变化不发生突变，这种是控制对 象需要的信号。 （2）离散模拟信号 在时间上断续取值，在幅值上连续取值的信号。这种是在信 号变换过程中需要的中间信号。 （3）数字（离散）信号 在时间上断续取值，在幅值上断续取值的信号，通常用二进 制代码形式表示。这是计算机需要的信号。