多路转换开关
采样保持器
作用：通过逻辑控制电路使其处于“采样”或“保 持”状态，以此满足某些A/D转换器在转换时要 求输入信号保持不变或多个输入通道要求采样的 时间和相位相同的需求。 工作原理：
存在问题：
采取措施：
对采样频率 的要求：
数/模转换器（D/A、DAC）
以四位数/模转换器为例：
电阻网络输出的总电流为：

D0 2n
)
数/模转换器（D/A、DAC）
四位DAC的T形电阻网络：
目的：解决电阻制造工艺的困难。
数/模转换器（D/A、DAC）
主要技术参数：
(1) 分辨率：输出最小电压与输出最大电压之比， 该比值取决于DAC的位数。
四位DAC的分辨率为：
1 24
VR
15 24
VR

1 24 1
有时也直接用DAC的位数表示分辨率，如8位、 12位等。
电流型DAC：建立时间相当快，一般不超过1s； 电压型DAC：建立时间主要取决于运算放大器所
需的时间。
除以上主要参数外，还有精度、温度系数等， 使用时可查阅有关手册。
模/数转换器（A/D、ADC）
逐次逼近型模/数转换器
模/数转换器（A/D、ADC）
设输入模拟量为UX，其逼近过程见下表和图：
模/数转换器（A/D、ADC）
自动数据采集系统基本组成
待
测 非 电 量
• • •
• • •
传 感 器
传 感 器
信号调理 信号调理
传 感 器
信号调理 数
字
量
多
路
模 放大器 S/H 拟
开 关
A/D 计 算
输出输出 D/A
机
数字锁存
显示
打印
信号调理 电桥电路
信号调理：对输入信号加以调理、变换和改善以提 高测量的准确度并满足后继设备的输入要求。
小信号。
多路转换开关
(2) 半导体式开关 主要有：双极晶体管、场效应管和数据采集系统
多用的CMOS集成电路多路开关。 优点：速度快、寿命长、体积小、耗电省； 缺点：耐压低、导通电阻大、有一定的漏电流。 适宜使用场合：高速数据采集系统。
多路转换开关
2. 多路转换开关的联接形式 (1) 单端式
(2) 差动式
电桥电路
目的：通过电桥电路将电阻、电感、电容等一类电 参量信号转化为电压或电流信号。
不平衡电桥
平衡电桥
直流电桥
信号调理 电桥电路
交流电桥
信号调理
模拟信号的放大
放大器的主要性能参数：增益、带宽、输入阻抗、 零点漂移与增益漂移以及共模抑制比。
对放大器的主要要求： (1) 输入阻抗要高； (2) 抗共模电压干扰能力强； (3) 有较高带宽； (4) 能附加一些适应特定要求的装置。
(3) 相对精度 实际输出的数字量与理想转换特性之间的最
大偏差。 除以上主要参数外，还有电压范围、温度系
数、功耗等，使用时可查阅有关手册。 模/数转换器的选择
根据传感器、放大器、采样保持器等环节的 性能指标，确定ADC的各项指标，要通盘考虑。
计算机
连接方式：
(1) 外总线系统 接口：RS232、RS422、IEEE488等。 特点：数据采集设备可以靠近现场，而远离计算机，能配
信号调理 滤波器
目的：选取有用信号，滤除无用信号，提高信噪比
频率通带、频率阻带、截止频率
无源滤波器：
一阶
二阶
有源滤波器
信号调理 滤波器
多路转换开关
目的：多路信号共用放大器或A/D转换器等仪表。 要求：开路时电阻为无穷大，接通时电阻为零； 切换速度快、可靠性高、触点噪音小、寿命长。 1. 多路转换开关的类型与特点 (1) 电磁式开关 主要有：继电器和干簧管。 优点：耐压高、绝缘好、导通电阻小、漏电流小；。 缺点：机械触点寿命短、速度低、体积大、耗电多 适宜使用场合：低速的高压大信号；低速的高精度
信号调理 常用放大器
差动放大器：信号电压是放大器两个输入端的差值。 其特点是具有抑制共模电压的能力。
调制解调放大器：将输入信号调制为交流而进行交 流放大，然后再解调恢复为直流信号。其特点是可 消除零点漂移。
隔离放大器：采用隔离输入变压器和保护屏蔽技术。 其特点是更进一步提高共模抑制比。
信号调理 常用放大器
置成任何规模的系统。数据采集设备有自己的为处理 器，有助于远程作业和减轻主计算机的负担，便于构 成分布式系统。 (2) 内总线系统 特点：系统的各个组件不需独立的机箱和电源，可以直接 装在主计算机机箱里，从而缩小了系统体积，降低了 成本，提高了速度。但规模不可能很大。
计算机
作用：
控制多路转换开关的转换、启动A/D、D/A等输入输出设 备、进行数据处理。其中数据处理软件的主要任务是：
I

I

(
D3 21

D2 22

D1 23

D0 24
)
数/模转换器（D/A、DAC）
经反相运放，可以实现 电流-电压变换： 输出电压为：
四位DAC输入/输出关系
u0

RI

VR
(
D3 21

D2 22

D1 23

D0 24
)
对于n位D/A：
u0

VR

(
Dn1 21

Dn2 22
数/模转换器（D/A、DAC）
(2) 线性度 通常用非线性误差的大
小表示DAC的线性度。
产生偏离的主要原因： 模拟开关导通压降及 电阻网络各电阻值R 不尽相等等。ຫໍສະໝຸດ 数/模转换器（D/A、DAC）
(3) 输出电压(或电流)的建立时间 定义：从输入数字信号起到输出电压(或电流)达到
稳定值所需要的时间。
主要技术参数
(1) 分辨率 用输出数字量的二进制位数表示，如8位、10
位、12位等。它反映模/数转换器所能分辨的被 测量最小值。位数越多，分辩率越高。
(2) 转换时间 完成一次模/数转换所需要的时间。一般是从接
到转换信号开始，到输出稳定的数字量为止所需 的时间，通常在几十微秒左右。
模/数转换器（A/D、ADC）
可编程增益放大器：通过程序设置，可根据输入 信号的幅值而改变增益。
自动增益控制放大器：根据输入信号的幅值，通 过逻辑比较电路来自动选择最佳增益。
仪表放大器：由三个运算放大器组成。其特点是 具有高的开环增益、高输入阻抗、高共模抑制 比、低失调电压和温度漂移。
信号调理 模拟信号的衰减
方法：采用电阻分压器
(1) 对输入信息进行系统整定，恢复原来的物理形式； (2) 采用各种数学方法最大限度的消除混入信号的噪声与
干扰；
(3) 对数据本身进行某些加工变换、或在有关联的数据间 进行相互运算，从而得到能表达该数据内在特征的二 次数据；