摘要：本文介紹了一種自適應控制A/D轉換編碼電路，著重分析了調理電路自動增益控制、誤差補償與A/D轉換編碼原理，探討了該電路的局限性，給出了自適應控制A/D轉換編碼電路設計方案及其與微處理器的接口應用。

    關鍵詞：自動增益控制  自適應控制  誤差補償  A/D轉換  微處理器

    在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常需要盡量將模擬信號子樣放大到接近A/D轉換電路的滿度值，以充分利用A/D轉換器的分辨能力。然而，在某些應用領域，一方面信號子樣有效幅值輸入范圍較小，另一方面信號又極其微弱，因此，一般需要調理電路具備100dB以上的信號放大能力，而運放和采樣裝置引入的失調可能高達100～200μV，同時還具有一定的時、熱漂移。而在某些應用領域，信號子樣有效幅值輸入范圍又可能較大。顯然，固定增益信號調理電路無法兼顧對上述兩類信號子樣的高分辨率A/D轉換。為提高信號調理電路對信號的自適應能力，設計者往往希望系統(tǒng)能根據(jù)信號的強弱自動調整增益并實現(xiàn)高保真信號調理。本文介紹一種采用自適應控制A/D轉換編碼電路來實現(xiàn)信號自適應調理的方法。該方法同時具有自動增益控制、失調與溫漂自動補償和A/D轉換編碼控制等功能。

1 自動控制循環(huán)放大及誤差補償

    利用圖1所示電路可直接完成對±10μV～±5V信號的自動增益放大并實現(xiàn)12位A/D轉換編碼，并在信號調理過程中使增益隨信號的強弱自動調節(jié)，運放失調誤差可被自動補償，從而實現(xiàn)極高的信噪比。該電路主要由模擬開關S1～S10、運放OP1與OP2（主放大器、精密電平比較器）、比較器OP3與OP4、精密電阻R1～R3及Rf、采樣保持器A1與A2構成。OP1與OP2選擇低漂移運放，OP3、OP4為普通集電極開路輸出比較器。電路工作過程為信號及誤差采樣、自動增益控制循環(huán)放大和循環(huán)編碼A/D轉換3個階段。

1.1 信號及誤差采樣

    一般放大電路主要存在三個誤差：主運放OP1的失調誤差E0、采保器A1與A2的誤差E1和E2。E0、E1及E2均折算于OP1同相輸入端。

    在第1采樣周期，開關S1、S4及S10閉合，其它斷開。電路完成對E0、E1的采樣。OP1同相組態(tài)增益K1=1+Rf/R1=7/4。此周期結束后，采保器A1的輸出電壓為：

    Vp=(7/4)E0+E1

    在第2采樣周期，開關S2、S7及S11閉合，其它斷開。OP1同相組態(tài)增益K2=1+Rf/R2=2。這時第一采樣周期輸出Vp被放大，同時再計入E0、E1的影響，采保器A2的輸出電壓為：

    VQ=2Vp+2E0+E2

    輸入信號采樣過程在第3周期內完成。此時，開關S3、S5及S10閉合，其它斷開。對誤差電壓VQ而言，OP1呈反相組態(tài)，反相增益K3=-（Rf/R3）=-（2/3）。對信號子樣VE，OP1呈同相組態(tài)，同相增益K4=1-K3=5/3。此周期結束后，電容C1上的電壓為：

    VM=（5/3）VE+（5/3）E0-（2/3）VQ

1.2 自動增益控制循環(huán)放大與誤差補償

    前三個周期完成對輸入信號VE及三個誤差信號E0、E1、E2的采集，并將其結果保存于電容C1中。從第4周期開始，將通過對電子開關S6、S10、S7、S11的交替切換完成對輸入電壓的循環(huán)放大。在第4、6、8、…等周期，S7、S11閉合，在第5、7、9、…等周期，S6、S10閉合。在整個循環(huán)放大過程中，S2一直閉合，主運放OP1的同相組態(tài)增益為2。電子開關經(jīng)n次交替切換后，原輸入信號子樣被放大（5/3）×2 n倍。由于完成一次循環(huán)放大的時間很短，因而時漂可以忽略。在對信號進行循環(huán)放大的同時，誤差也參加循環(huán)，正是前三個周期對誤差、信號的特殊采集方法確保了失調誤差