第六章 模拟信号调理电路1
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什么是信号调理?信号调理电路的原理,信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量,如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据,因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化,因此,在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量,如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据,因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化,因此,在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大,缓冲或定标模拟信号,使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后,ADC对模拟信号进行数字化,并把数字信号送到或其他数字器件,以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围,从而提高测量精度和灵敏度。
此外,使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置,可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减,即与放大相反的过程,在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度,从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术,无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外,隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压,从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术,一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪,从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
2.2 模拟量输入通道传感器输出的信号不可避免地包含杂波信号,幅度也不一定适合直接进行模数(A/D)转换,需要将传感器输出的信号进行调理,完成滤波、幅度变换等调理功能的电路称为信号调理电路,一般由放大器、滤波器等组成。
调理后的信号经采样/保持电路和模数转换电路转移为数字信号后可送入微处理器进行处理。
将实际存在的电压、电流、声音、图像、温度、压力等连续变化的模拟信号进行放大、滤波、调理等处理,将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路称为模拟量输入通道。
从被转换模拟信号的数量及要求看,模拟量输入通道有单通道结构和多通道结构两种。
1、单通道结构当被测信号只有一路时采用单通道结构。
图2-2所示为带采样/保持器(S/H)的单通道结构,常用于频率较高的模拟信号的A/D转换。
传感器输出的信号进入信号调理电路进行滤波、放大等处理后,通过采样/保持器送入A/D转换器,转换为数字信号后进入CPU。
当被转换信号为直流或低频模拟信号时,可将图2-2中的S/H部分去掉。
图2-2 单通道结构2、多通道结构当被测信号有多路时采用多通道结构。
多通道结构分为并行结构和共享结构。
(1)多通道并行结构如图2-3所示,每个通道都带S/H和A/D转换器。
信号调理电路输出的模拟信号A1~An分别进入彼此独立的通道,各通道的S/H和A/D转换器可同步进行,即各通道可同时进行转换,常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转移速率系统。
该结构的优点是速度快,缺点是成本高、体积与功耗大。
图2-3 多通道并行结构(2)多通道共享结构为充分利用元器件的性能,提高性价比,当被测信号有多路时可利用多路转换开关使多个被测信号公用一部分电路。
当各路模拟输入信号不需要同时获取时,可选用如图2-3所示的共享S/H和A/D的多通道结构。
多路模拟信号A1~An通过多选一模拟多路开关(MUX)后,被分时采样,占用CPU 资源较少,尤其适合同一信号不同量程的A/D转换。
如何设计电路的信号调理电路在电子领域中,信号调理电路是一项重要的设计任务。
信号调理电路的设计过程旨在将输入信号转换为适合特定应用的输出信号。
本文将介绍如何设计电路的信号调理电路,包括电路设计流程、常用信号调理电路的类型以及设计注意事项。
一、电路设计流程信号调理电路设计的流程通常包括以下几个步骤:1. 确定信号类型和特性:首先需要明确输入信号的类型和特性,例如模拟信号还是数字信号,信号的频率范围、幅度范围等。
2. 信号采样与滤波:根据信号的特性,选择合适的采样率和滤波器来抽取所需频率范围内的信号,并去除掉可能存在的噪声。
3. 放大与衰减:对于过小的信号,可以采用放大电路将信号增强,而对于过大的信号,则需要采用衰减电路进行降低。
4. 增益与补偿:根据输出信号与输入信号的幅度关系,进行增益与补偿的设计,以使得输出信号能够达到所需的幅度。
5. 偏置与参考电平:根据具体应用需求,设计偏置电路或者参考电平电路,用于保持电路的工作在合适的工作区间内。
6. 线性化与校准:针对非线性的信号调理电路,需要进行线性化设计与校准,以确保输出信号的准确度和稳定性。
二、常用信号调理电路的类型1. 模拟滤波器:包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等,用于抑制或增强不同频率范围内的信号成分。
2. 放大器:根据输入信号的幅度要求,设计合适的放大器电路来放大信号的幅度。
3. 数据转换器:将模拟信号转换为数字信号或者将数字信号转换为模拟信号的电路,例如模数转换器和数模转换器。
4. 传感器接口电路:将传感器输出的信号进行放大、滤波和处理,使其能够被微控制器、信号处理器等其他设备获取和处理。
5. 偏置电路:用于为某些特定应用提供合适的偏置电平,以确保电路能够正常工作。
6. 校准电路:对于需要高精度输出的信号调理电路,设计校准电路来消除误差和非线性,提高信号的准确度和稳定性。
三、设计注意事项在设计信号调理电路时,需要注意以下几点:1. 确定需求和参数:在设计之前,明确所需的信号调理电路的功能和参数要求,例如输入信号范围、输出信号范围、噪声要求等。
什么是信号调理?信号调理电路的原理,信号调理模块的功能[导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量,如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据,因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化,因此,在变换为数字数据之前必须进行调理。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量,如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据,因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化,因此,在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大,缓冲或定标模拟信号,使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。
然后,ADC对模拟信号进行数字化,并把数字信号送到微控制器或其他数字器件,以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围,从而提高测量精度和灵敏度。
此外,使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置,可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。
2.衰减衰减,即与放大相反的过程,在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度,从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术,无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外,隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压,从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术,一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪,从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。