基于微差原理的A/D轉換方法分析與應用

摘要　介紹了一種基于微差原理的A／D轉換方法，進行了理論分析。分析和應用表明，該方法非常適合于精確測取被測信號的微小變化量，能有效地避免測量結果有效位數的損失。即使在小信號輸入或小變化量情況下，仍能取得滿意的測量效果。
關鍵詞　數據采集；A／D轉換；微差

1　引言　　
　　在計算機測控系統對多路參量進行在線監測時，常常需要精確檢測各參量在一段較短時間內的變化量。由于一般A／D轉換器分辨率有限，若直接測量被測量，再把不同時刻的測量結果相減以求得其變化量，將會造成有效位數的嚴重損失而難以保障測量精度，尤其在輸入信號遠小于滿量程時情況更加明顯。目前高分辨率單片集成式A／D轉換器大多為低速型的，高速的A／D轉換器價格昂貴且難以實現16位以上的分辨率。因此，這時可采用微差法以提高測量精度。文獻［1］提出了一種提高A／D轉換分辨率的方法，其思路即基于微差法的思想。本文對這一方法作了改進，采用D／A轉換器作為可編程增益放大器，在此基礎上提出了固定相對微差的測量方法，并給出了相應的理論分析和應用實例。

2　測量原理
2．1　測量電路的組成
基于微差原理的測量電路原理框圖如圖2―1所示。由圖可知，測量電路由以下部分組成：

（1）A／D轉換器
　　若記A／D轉換器的單位數字所表示的電壓為u，則12位A／D轉換器的量程L為212u。

（2）比較電壓發生器
　　比較電壓發生器由12位D／A轉換器實現。由于它與A／D轉換器共用同一個基準電壓VR，故兩者的單位數字量表示的模擬電壓相等，均為u。比較電壓發生器可產生0～212 u的比較電壓VC。

（3）可編程增益放大器
　　可編程增益放大器可由12位D／A轉換器實現［2］。即將D／A轉換器的Rfb引腳改接輸入信號vD，而D／A轉換器的VREF引腳改接D／A轉換器輸出緩沖放大器的輸出端U0即可。電路如圖2-2所示。其絕對增益為
式中　Ap―――可編程增益放大器的絕對增益；
Dp―――寫入D／A轉換器的數據。

由式（2―1）可見，可編程增益放大器可實現的增益設定范圍為1～4 096。