A/D高速采集模擬信號的閾值設定

圖1是某項工程中傳感器產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)A/D轉換后所得數據描繪出的部分圖形，根據工程需要得出每個(gè)波峰的最大值及波形的個(gè)數。

起初的解決方案是首先確定一個(gè)閾值(如O.2)，這個(gè)值的確定應保證所有可能的波峰值都要大于此值。讀取A/D所采集的數據與確定的閾值相比較，當有值大于該閾值時(shí)，表明一個(gè)波形的到來(lái)，并不斷通過(guò)比較得出最大值。然后判斷A/D的轉換值是否又重新小于

1 原因分析
  
通過(guò)分析發(fā)現，上述問(wèn)題的產(chǎn)生并不是出在邏輯關(guān)系上，而是出在了實(shí)際工作中A/D的采樣精度及信號本身的問(wèn)題上。下面從這兩個(gè)方面人手，分析產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因。

1.1信號的影響

從采集到的數字信號所描繪的圖形(圖1)中可以看出有大量白噪聲的存在。即使對A/D轉換前的信號進(jìn)行了一定的濾波處理，轉化后的信號也會(huì )或多或少有噪聲的存在。對圖1中波形與閾值線(xiàn)的交匯處(這里以下降沿為例)進(jìn)行放大顯示，如圖2所示。

由于高頻噪聲的存在，很可能產(chǎn)生圖2中所描繪的情形，即當波形在下降過(guò)程中下降到閾值線(xiàn)以下時(shí)，有返回到閾值線(xiàn)以上的情形。A/D進(jìn)行高速的采樣，記錄下這一情形。按照最初設計方案的邏輯，當波形下降到閾值線(xiàn)以下時(shí)，判斷為一個(gè)波形的結束；波形由閾值線(xiàn)以下上升超過(guò)閾值線(xiàn)時(shí)，認為是一個(gè)波形的開(kāi)始。于是在波形的下降過(guò)程中，把在閾值線(xiàn)附近的這次波動(dòng)作為一個(gè)新的波形記錄下來(lái)。由于這個(gè)波形是白噪聲引起的，變化幅值很小，一般情況下稍稍高過(guò)閾值線(xiàn)，所以多出的波形最大值就會(huì )集中在閾值附近，這與實(shí)際情況是相符的。

1.2 A/D轉換精度的影響

盡管一些A/D產(chǎn)品標稱(chēng)的不可調誤差≤1LSB，但在實(shí)際工程應用中由于電源電壓、干擾等因素的影響很難達到上述精度，這也就是說(shuō)即使是對于理想中恒定不變的信號進(jìn)行A/D轉換，得到的轉換值事實(shí)上也是圍繞該恒定的信號值上下波動(dòng)的。在本例中，當信號下降至閾值附近時(shí)(假定信號純凈，不含任何雜波成分)，由于A(yíng)/D轉換精度的影響，采得的數據同樣可能在閾值附近波動(dòng)，從而造成多記錄波形數據的結果。當然，這種情況下多記錄的波形最大值受A/D轉換精度的影響，與信號本身因素引起的波形最大值相比，一般會(huì )更接近閾值。

2 解決辦法

通過(guò)上述分析，雖然可以從降低信號噪聲和提高A/D轉換精度人手對問(wèn)題加以解決，但這樣解決起來(lái)會(huì )相當麻煩，特別是在精度等因素能夠滿(mǎn)足實(shí)際需要的條件下進(jìn)行上述的處理是相當不可取的，因為當精度達到一定程度時(shí)再提高精度是非常困難的。

解決上述問(wèn)題有一個(gè)非常簡(jiǎn)便的方法：設置不同的閾值。

首先對上升沿確定一個(gè)判別閾值，用以判別波形的開(kāi)始。然后，對波形的下降沿設置另一個(gè)判別閾值用于判別一個(gè)波形的結束，兩者之間存在一個(gè)差值，并且保證上升閾值減去下降閾值之差要大于噪聲及A/D波動(dòng)的最大值(實(shí)際工作中把差值盡量取得大些)。這樣即使在下降閾值附近產(chǎn)生波動(dòng)(不管什么原因引起)，由于其峰值不能大于上升判別閾值，從而不致被誤認為一個(gè)新波形的開(kāi)始，也就不會(huì )增加誤判波形的可能性。在實(shí)際工程中，證明這一方法簡(jiǎn)單有效，很好地解決了波形誤判的問(wèn)題。