測控中高精度快速 A/D 采樣轉(zhuǎn)換模塊設計

作者：時間：2010-03-17 來源：網(wǎng)絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

1 前言

　　隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應用，在生產(chǎn)過程中，應用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本提供信息和手段。在科學研究中，應用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具，也是獲取科學奧秘的重要手段之一。尤其是在電路測試與診斷過程中，為了非常詳細、準確地分析電路工作過程中的詳細信息，往往需要采集大量的電路工作過程中電流、電壓、功耗等信號變化情況，并將這些采集的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便后臺處理。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/188310.htm

　　數(shù)據(jù)采集的任務，具體地說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機或相應的信號處理系統(tǒng)，根據(jù)不同需要進行相應的計算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)；與此同時，將計算機得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被控制生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。在電路測試診斷過程中，在故障未被定位之前，需要采集的大量的信號，并快速進行分析與處理。因此整個信號采集過程中對采集處理芯片、處理算法的選擇是非常重要的，直接關系到測試診斷系統(tǒng)的準確性。

　　2 A/D 芯片的選取與配置

　　通過增加ADC 采樣位數(shù)或提高其采樣頻率，可以有效降低量化噪聲，但由于受工藝等限制，ADC 的位數(shù)限制在一定的范圍內(nèi)，同時兼顧后續(xù)處理器實際處理數(shù)據(jù)能力，保證采樣數(shù)據(jù)實時處理，ADC 的采樣頻率不宜太高，否則采集的數(shù)據(jù)將無法及時處理。對ADC 采樣速率和位數(shù)的選擇將直接影響著后續(xù)微處理器的運算量，因此在本文設計時，必須考慮測控系統(tǒng)的實時性要求。本系統(tǒng)中微處理器通過中斷讀取A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)字式平均算法。要在兩次中斷時間間隔內(nèi)完成如此多的運算，一方面要求處理器的速度要快；另一方面要求處理時間間隔盡可能長，此可通過適當增加相鄰中斷的間隔時間來實現(xiàn)，即降低 ADC 的采樣速率實現(xiàn)。從提高信噪比的角度考慮，利用過采樣技術，其采樣頻率越高越好；但從處理器數(shù)據(jù)處理的實時性角度出發(fā)，采樣頻率不宜太高。

　　本文應用的測控系統(tǒng)中，按照測控需求，每個信號周期內(nèi)通常采樣 96 個點，采樣值累加次數(shù)為4096 次，若采樣頻率選擇為1 MHZ，則平均每個采樣占用時間為0.393216 秒，為了滿足測控實時性的要求。因此本系統(tǒng)設計中，ADC 的采樣頻率選擇為1MHZ。

　　從存儲器存儲數(shù)據(jù)的角度考慮，為了便于傳輸數(shù)據(jù)，最后的累加值若利用一個長整形數(shù) 據(jù)格式（兩個字，共32 位）傳送，實現(xiàn)傳送比較方便，若系統(tǒng)中每點累加次數(shù)為4096 次，則ADC 轉(zhuǎn)換的位數(shù)將不超過20 位（212＝4096，32－12＝20）。根據(jù)測控系統(tǒng)實際精度要求，并借鑒國內(nèi)外相關電路經(jīng)驗，本文設計采用12 位采樣精度即可滿足系統(tǒng)實際要求。

　　綜合以上諸多考慮，本文的ADC 采用NATIONAL semiconductor 公司的ADC12062，內(nèi)部自帶采樣保持電路，12 位采樣精度，最高采樣頻率可達1MHZ，其基準電壓為4.096V，則最小可檢測電壓為＝1mV。ADC12062 采用先進的CMOS 工藝，在高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時功耗很低，其功耗僅為75mW，適合于長時間的穩(wěn)定工作，特別適合于低功耗要求的便攜式設備。芯片的A/D 轉(zhuǎn)換工作時序如圖1 所示。