摘要 介绍了一种基于微差原理的A/D转换方法,进行了理论分析。分析和应用表明,该方法非常适合于精确测取被测信号的微小变化量,能有效地避免测量结果有效位数的损失。即使在小信号输入或小变化量情况下,仍能取得满意的测量效果。
关键词 数据采集;A/D转换;微差
1 引言
在计算机测控系统对多路参量进行在线监测时,常常需要精确检测各参量在一段较短时间内的变化量。由于一般A/D转换器分辨率有限,若直接测量被测量,再把不同时刻的测量结果相减以求得其变化量,将会造成有效位数的严重损失而难以保障测量精度,尤其在输入信号远小于满量程时情况更加明显。目前高分辨率单片集成式A/D转换器大多为低速型的,高速的A/D转换器价格昂贵且难以实现16位以上的分辨率。因此,这时可采用微差法以提高测量精度。文献[1]提出了一种提高A/D转换分辨率的方法,其思路即基于微差法的思想。本文对这一方法作了改进,采用D/A转换器作为可编程增益放大器,在此基础上提出了固定相对微差的测量方法,并给出了相应的理论分析和应用实例。
2 测量原理
2.1 测量电路的组成
基于微差原理的测量电路原理框图如图2—1所示。由图可知,测量电路由以下部分组成:
(1)A/D转换器
若记A/D转换器的单位数字所表示的电压为u,则12位A/D转换器的量程L为212u。
(2)比较电压发生器
比较电压发生器由12位D/A转换器实现。由于它与A/D转换器共用同一个基准电压VR,故两者的单位数字量表示的模拟电压相等,均为u。比较电压发生器可产生0~212 u的比较电压VC。
(3)可编程增益放大器
可编程增益放大器可由12位D/A转换器实现[2]。即将D/A转换器的Rfb引脚改接输入信号vD,而D/A转换器的VREF引脚改接D/A转换器输出缓冲放大器的输出端U0即可。电路如图2-2所示。其绝对增益为
式中 Ap———可编程增益放大器的绝对增益;
Dp———写入D/A转换器的数据。
由式(2—1)可见,可编程增益放大器可实现的增益设定范围为1~4 096。