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(jìn)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(cè)取被測(cè)信號(hào)的微小變化量，能有效地避免測(cè)量結(jié)果有效位數(shù)的損失。即使在小信號(hào)輸入或小變化量情況下，仍能取得滿意的測(cè)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(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)多路參量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)，常常需要精確檢測(cè)各參量在一段較短時(shí)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(cè)量被測(cè)量，再把不同時(shí)刻的測(cè)量結(jié)果相減以求得其變化量，將會(huì)造成有效位數(shù)的嚴(yán)重?fù)p失而難以保障測(cè)量精度，尤其在輸入信號(hào)遠(yuǎn)小于滿量程時(shí)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(jià)格昂貴且難以實(shí)現(xiàn)16位以上的分辨率。因此，這時(shí)可采用微差法以提高測(cè)量精度。文獻(xiàn)［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(duì)這一方法作了改進(jìn)，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(duì)微差的測(cè)量方法，并給出了相應(yīng)的理論分析和應(yīng)用實(shí)例。

2　測(cè)量原理
2．1　測(cè)量電路的組成
基于微差原理的測(cè)量電路原理框圖如圖2―1所示。由圖可知，測(cè)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(shí)現(xiàn)。由于它與A／D轉(zhuǎn)換器共用同一個(gè)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(shí)現(xiàn)［2］。即將D／A轉(zhuǎn)換器的Rfb引腳改接輸入信號(hào)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(duì)增益為
式中　Ap―――可編程增益放大器的絕對(duì)增益；
Dp―――寫入D／A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)。

由式（2―1）可見(jiàn)，可編程增益放大器可實(shí)現(xiàn)的增益設(shè)定范圍為1～4 096。