基于微差原理的A/D轉(zhuǎn)換方法分析與應(yīng)用
摘要 介紹了一種基于微差原理的A/D轉(zhuǎn)換方法,進行了理論分析。分析和應(yīng)用表明,該方法非常適合于精確測取被測信號的微小變化量,能有效地避免測量結(jié)果有效位數(shù)的損失。即使在小信號輸入或小變化量情況下,仍能取得滿意的測量效果。
關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集;A/D轉(zhuǎn)換;微差
1 引言
在計算機測控系統(tǒng)對多路參量進行在線監(jiān)測時,常常需要精確檢測各參量在一段較短時間內(nèi)的變化量。由于一般A/D轉(zhuǎn)換器分辨率有限,若直接測量被測量,再把不同時刻的測量結(jié)果相減以求得其變化量,將會造成有效位數(shù)的嚴(yán)重?fù)p失而難以保障測量精度,尤其在輸入信號遠小于滿量程時情況更加明顯。目前高分辨率單片集成式A/D轉(zhuǎn)換器大多為低速型的,高速的A/D轉(zhuǎn)換器價格昂貴且難以實現(xiàn)16位以上的分辨率。因此,這時可采用微差法以提高測量精度。文獻[1]提出了一種提高A/D轉(zhuǎn)換分辨率的方法,其思路即基于微差法的思想。本文對這一方法作了改進,采用D/A轉(zhuǎn)換器作為可編程增益放大器,在此基礎(chǔ)上提出了固定相對微差的測量方法,并給出了相應(yīng)的理論分析和應(yīng)用實例。
2 測量原理
2.1 測量電路的組成
基于微差原理的測量電路原理框圖如圖2―1所示。由圖可知,測量電路由以下部分組成:
(1)A/D轉(zhuǎn)換器
若記A/D轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字所表示的電壓為u,則12位A/D轉(zhuǎn)換器的量程L為212u。
(2)比較電壓發(fā)生器
比較電壓發(fā)生器由12位D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。由于它與A/D轉(zhuǎn)換器共用同一個基準(zhǔn)電壓VR,故兩者的單位數(shù)字量表示的模擬電壓相等,均為u。比較電壓發(fā)生器可產(chǎn)生0~212 u的比較電壓VC。
(3)可編程增益放大器
可編程增益放大器可由12位D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)[2]。即將D/A轉(zhuǎn)換器的Rfb引腳改接輸入信號vD,而D/A轉(zhuǎn)換器的VREF引腳改接D/A轉(zhuǎn)換器輸出緩沖放大器的輸出端U0即可。電路如圖2-2所示。其絕對增益為
式中 Ap―――可編程增益放大器的絕對增益;
Dp―――寫入D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)。
由式(2―1)可見,可編程增益放大器可實現(xiàn)的增益設(shè)定范圍為1~4 096。
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