數模轉化器接口隔離技術(shù)和外圍電路

　　1、 數模轉換器接口的隔離技術(shù)

　　由于數模轉換器輸出直接與被控對象相連，容易通過(guò)公共地線(xiàn)引入干擾，因此要采取隔離措施。通常采用光耦合器，使控制器和被控對象只有光的聯(lián)系，達到隔離的目的。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏二極管封裝在同一管殼內組成，發(fā)光二極管的輸入和光敏二極管的輸出具有類(lèi)似于普通晶體管的輸入-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(xiàn)性區，可使數模轉換器的輸出電壓經(jīng)光耦合器變換成輸出有直流電流，這樣就實(shí)現了模擬信號的隔離。轉換器的輸出電壓經(jīng)兩級光耦合器變換成輸出電流，這樣既滿(mǎn)足了轉換的隔離，又實(shí)現了電壓/電流變換。為了取得良好的變換線(xiàn)性度和精度，在應用中應挑選線(xiàn)性好、傳輸比相同并始終工作在線(xiàn)性區的兩只光耦合器。

　　模擬信號隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是：只使用少量的光耦合器，成本低;缺點(diǎn)是調試困難，如果光耦合器挑選不合適，將會(huì )影響變換的精度和線(xiàn)性度。

　　目前出現了集成的線(xiàn)性耦合芯片，在一個(gè)線(xiàn)性光耦合芯片里有兩個(gè)線(xiàn)性好、傳輸比相同并始終工作在線(xiàn)性區的光耦合器，所以采用集成的光耦合就不存在挑選及調試困難的問(wèn)題了。

　　(2)數字信號的隔離方法。利用光耦合器的開(kāi)關(guān)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(shí)現數字信號的隔離。數字信號隔離的優(yōu)點(diǎn)是調試簡(jiǎn)單，不影響轉換的精度和線(xiàn)性度，缺點(diǎn)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，由于A(yíng)/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(shí)，必須先把電流變成電壓才能進(jìn)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(shí)現方法。

　　(1)無(wú)源I/V變換：無(wú)源I/V變換主要是利用無(wú)源器件電阻來(lái)實(shí)現，并加濾波和輸出限幅等保護措施，如下圖所示。

　　對于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(shí)，輸出的V為0～5V;對于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(shí)，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(lái)實(shí)現，如下圖所示。

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

　　4、前置放大器電路

　　前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入的小信號放大到A/D轉換的量程范圍之內，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(yíng)/D轉換電路中不常用。

　　5、多路模擬開(kāi)關(guān)

　　多路模擬開(kāi)關(guān)是從多個(gè)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(chǎng)效應晶體管作為模擬開(kāi)關(guān)而得到廣泛應用。其優(yōu)點(diǎn)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、采樣保持電路的原理

　　采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，當處于采樣狀態(tài)時(shí)，采樣保持電路的輸出信號跟隨輸入信號變化而變化;當處于保持狀態(tài)時(shí)，采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。當電路處于采樣狀態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)導通，這時(shí)電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時(shí)間內完成充放電，這時(shí)，輸出端輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化;當電路處于保持狀態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，這是由于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以及集成運放的輸入端呈高阻狀態(tài)，電容放電緩慢，由于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(kāi)瞬間的信號電平值。