數模轉化器接口隔離技術和外圍電路

2021-01-11 電子產品世界

　　1、 數模轉換器接口的隔離技術

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201608/295904.htm

　　由於數模轉換器輸出直接與被控對象相連，容易通過公共地線引入幹擾，因此要採取隔離措施。通常採用光耦合器，使控制器和被控對象只有光的聯繫，達到隔離的目的。光耦合器由發光二極體和光敏二極體封裝在同一管殼內組成，發光二極體的輸入和光敏二極體的輸出具有類似於普通電晶體的輸入-輸出特性。

　　2、轉換器接口的隔離方法

　　(1)模擬信號隔離方法。利用光耦合器的線性區，可使數模轉換器的輸出電壓經光耦合器變換成輸出有直流電流，這樣就實現了模擬信號的隔離。轉換器的輸出電壓經兩級光耦合器變換成輸出電流，這樣既滿足了轉換的隔離，又實現了電壓/電流變換。為了取得良好的變換線性度和精度，在應用中應挑選線性好、傳輸比相同並始終工作在線性區的兩隻光耦合器。

　　模擬信號隔離方法的優點是：只使用少量的光耦合器，成本低;缺點是調試困難，如果光耦合器挑選不合適，將會影響變換的精度和線性度。

　　目前出現了集成的線性耦合晶片，在一個線性光耦合晶片裡有兩個線性好、傳輸比相同並始終工作在線性區的光耦合器，所以採用集成的光耦合就不存在挑選及調試困難的問題了。

　　(2)數位訊號的隔離方法。利用光耦合器的開關特性，可以將轉換器所需的數據信號和控制信號作為光耦合器的輸入，其輸出再接到數模轉換器上，實現數位訊號的隔離。數位訊號隔離的優點是調試簡單，不影響轉換的精度和線性度，缺點是使用角度的光耦合器，成本較高。

　　3、I/V變換的概述

　　很多變送器的輸出信號為0～10mA或4～20mA，由於A/D轉換器的輸入信號只能是電壓信號，所以如果模擬信號是電流時，必須先把電流變成電壓才能進行A/D轉換。這樣就需要I/V變換電路。下面討論一下I/V變換的實現方法。

　　(1)無源I/V變換：無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實現，並加濾波和輸出限幅等保護措施，如下圖所示。

　　

 

　　對於0～10mA輸入信號，可取R1=100，R2=500，且R2為精密電阻，這樣當I為0～10mA電流時，輸出的V為0～5V;對於4～20mA輸入信號，可取R1=100，R2=250，且R2為精密電阻，這樣當輸入的電流為4～20mA時，輸出的V為1～5V。

　　(2)有源I/V轉換

　　有源I/V變換主要是利用有源器件運算放大器、電阻來實現，如下圖所示。

　　

該同相放大電路的放大倍數為：A=1+R4/R3

 

　　若取R3=100KΩ，R4=150KΩ，R1=200Ω，則0～10mA輸入對應於0～5V的電壓輸出。若取R3=100KΩ，R4=25KΩ，R1=200Ω，則4～20mA輸入對應於1～5V的電壓輸出。

　　4、前置放大器電路

　　前置放大器的任務是將模擬輸入的小信號放大到A/D轉換的量程範圍之內，為了能適應多種小信號的放大需求，可以設計可變增益放大器。

　　現在的一些變送器的輸出都是標準的電壓信號或標準的電流信號，前置放大器在A/D轉換電路中不常用。

　　5、多路模擬開關

　　多路模擬開關是從多個模擬輸入信號中切換選擇所需輸入通道模擬輸入信號電路。場效應電晶體作為模擬開關而得到廣泛應用。其優點是工作速度可達10的6次方次/3，導通電阻低(5~25歐)，截止電阻高達10的10次方歐。

　　6、採樣保持電路的原理

　　採樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號的電平值。在理想狀況下，當處於採樣狀態時，採樣保持電路的輸出信號跟隨輸入信號變化而變化;當處於保持狀態時，採樣保持電路的輸出信號保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號電平值。當電路處於採樣狀態時開關導通，這時電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時間內完成充放電，這時，輸出端輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化;當電路處於保持狀態時開關斷開，這是由於開關斷開，以及集成運放的輸入端呈高阻狀態，電容放電緩慢，由於電容一端接由集成運放構成的信號跟隨電路，所以輸出信號基本保持為斷開瞬間的信號電平值。


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