魯維德

摘要: 本文需要討論分折確保數(shù)據采集的測量精確度應注意的有關技術問題

關鍵詞：精確度 分辨率 基準 漂移 信號調理

    對數(shù)據采集測量來說,精度是反映一個數(shù)據采集設備讀入的信號測量值有多大程度的真實性。不精確的測量可能會使開發(fā)項目與方案設計及產品質量或自動化測試應用等費工費時全功盡棄，因此確保數(shù)據采集系統(tǒng)的精度是設計方案的主要問題。

    但現(xiàn)實中,人們往往將精度與分辨率混淆。其實分辨率表示的是數(shù)據采集系統(tǒng)所能檢測的最小信號變化量。實際上一個項目或設備的整體精度和分辨率取決于增益、偏置和時間等運行環(huán)境因素。一個數(shù)據采集設備的分辨率僅僅與模數(shù)轉換器芯片的分辨率部分相關。若用12位分辨率的A/D轉換器未必意味者你的系統(tǒng)將具有12位的精度；數(shù)據采集設備使用了一片16位的ADC芯片，但由設計不合理，則該設備性能的表現(xiàn)卻相當于12位的分辨率，而且精度很差。很多時候，令工程師們吃驚和不解的是，數(shù)據采集系統(tǒng)所表現(xiàn)出的性能往往遠低于期望值。如果不精確的測量問題直到樣機運行或批量生產時才被發(fā)現(xiàn)，那么整個開發(fā)項目與方案設計及產品質量或自動化測試應用等會全功盡棄。因此確保數(shù)據采集系統(tǒng)的測量精度是重中之重。

    當今，對數(shù)據采集來說, 其測量的精度取決于包括傳感器、信號調理，電纜連接和數(shù)據采集硬件設備等眾多因素，也就是說，注意應用上述一系列技術問題是解決精確測量的關鍵。那末采用哪幾項技術,能保證實現(xiàn)數(shù)據采集的精確測量呢？這是本文需要討論分析的。

1、 電壓基準是首位

    電壓基準是精密模擬產品的保證，但采用外部電壓基準的最大潛在誤差源是參考電壓。為了解決基準所帶來的誤差源，應從以下幾點著手,即拓撲結構與溫度漂移及輸出噪聲。

1.1拓撲結構-并聯(lián)(兩端子)型或串聯(lián)(三端子)型。在操作中，并聯(lián)基準與齊納二極管非常相似，因為它們都需要外部電阻器進行偏置。外部電阻器決定了能夠輸送給負載的最大電流。當負載接近恒定且電源電壓變化極小時，應考慮采用并聯(lián)基準。串聯(lián)基準不需要任何的外部元件，如果負載是變化的,而且降壓電壓開銷十分重要的場合考慮使用。在對電源電壓變化的耐受性上，它也強于并聯(lián)基準。

1.2溫度漂移-溫度漂移指的是因溫度變化所導致的輸出電壓變化，以ppm／ºC為單位來表示。與帶隙型電壓基準相比，埋入型齊納二極管基準(例如REF02、REFl02)的溫度漂移通常更小。溫度漂移可用多種方法(斜坡、蝶形電路或邏輯框)來確定，但最常用的方法是邏輯框法，計算公式如下：

    
1.3輸出噪聲-輸出噪聲通常是在兩個頻率范圍內確定的，即0.1Hz至10Hz(峰-峰噪聲)和10Hz至1kHz(RMS噪聲)。噪聲是很重要的，因為它有可能縮小采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍。高分辨率數(shù)據采集系統(tǒng)有可能完全因為基準噪聲的緣故而在LSB中發(fā)生高頻脈動�？赏ㄟ^外部濾波來降低噪聲。電壓基準如例如串聯(lián)REF02、REFl02或并聯(lián)REFl004-xx系列可選用。

1.4或采用一種比例測量方式。

    用一個信號既用作激勵傳感器又用作為參考電壓，這樣可以消除基準引起的誤差(如圖1所示)。為激勵源和基準同時漂移，漂移誤差相互抵消。

2、 高質量電阻網絡的使用-對電子元件的溫度變化的補償

    在數(shù)據采集硬件內,電子元件的規(guī)格依賴于工作溫度，故應選擇的電子元件都具有很高的溫度穩(wěn)定性，在15℃到35℃的工作溫度范圍內設計的數(shù)據采集設備將溫度引起的誤差減小到每攝氏度不超過信號真實值的0.0006%。所有這些特性都有助于保證測量具有很高的可靠性而無需考慮數(shù)據采集硬件工作溫度，在實際中那些設計有助于最小化誤差。

溫度漂移保護電路與高精度前置放大電路

    數(shù)據采集系統(tǒng)在A/D之前采用高精度前置輸入放大器的作用是在A/D的輸入端存電流瞬變的情況下能提供穩(wěn)定、準確的信號。它還能提供增益(或衰減)、電平移位、濾波及其他信號修整功能。由于DC準確度的要求有可能使放大器的選擇范圍變小,故放大器必須具有足夠低的失調電壓、失調電壓漂移、輸入偏置電流、噪聲等，以滿足所需的準確度性能指標。

    另外,數(shù)據采集的高精度前置放大電路設計可以使芯片上的元件會具有消除溫度漂移誤差的方式響應溫度變化。例如,高質量的電阻網絡,即使在高溫的情況下也可以精確地保持設置的比例。這就使得在設備的整個工作范圍內都可以提供穩(wěn)定的可編程的增益。

3、也可采用板上溫度傳感器

    這是由于板上溫度傳感器可確保其測量在已知的溫度下工作,從而使測量更加可靠。其方法是