鲁维德

摘要: 本文需要讨论分折确保数据采集的测量精确度应注意的有关技术问题

关键词：精确度 分辨率 基准 漂移 信号调理

    对数据采集测量来说,精度是反映一个数据采集设备读入的信号测量值有多大程度的真实性。不精确的测量可能会使开发项目与方案设计及产品质量或自动化测试应用等费工费时全功尽弃，因此确保数据采集系统的精度是设计方案的主要问题。

    但现实中,人们往往将精度与分辨率混淆。其实分辨率表示的是数据采集系统所能检测的最小信号变化量。实际上一个项目或设备的整体精度和分辨率取决于增益、偏置和时间等运行环境因素。一个数据采集设备的分辨率仅仅与模数转换器芯片的分辨率部分相关。若用12位分辨率的A/D转换器未必意味者你的系统将具有12位的精度；数据采集设备使用了一片16位的ADC芯片，但由设计不合理，则该设备性能的表现却相当于12位的分辨率，而且精度很差。很多时候，令工程师们吃惊和不解的是，数据采集系统所表现出的性能往往远低于期望值。如果不精确的测量问题直到样机运行或批量生产时才被发现，那么整个开发项目与方案设计及产品质量或自动化测试应用等会全功尽弃。因此确保数据采集系统的测量精度是重中之重。

    当今，对数据采集来说, 其测量的精度取决于包括传感器、信号调理，电缆连接和数据采集硬件设备等众多因素，也就是说，注意应用上述一系列技术问题是解决精确测量的关键。那末采用哪几项技术,能保证实现数据采集的精确测量呢？这是本文需要讨论分析的。

1、 电压基准是首位

    电压基准是精密模拟产品的保证，但采用外部电压基准的最大潜在误差源是参考电压。为了解决基准所带来的误差源，应从以下几点着手,即拓扑结构与温度漂移及输出噪声。

1.1拓扑结构-并联(两端子)型或串联(三端子)型。在操作中，并联基准与齐纳二极管非常相似，因为它们都需要外部电阻器进行偏置。外部电阻器决定了能够输送给负载的最大电流。当负载接近恒定且电源电压变化极小时，应考虑采用并联基准。串联基准不需要任何的外部元件，如果负载是变化的,而且降压电压开销十分重要的场合考虑使用。在对电源电压变化的耐受性上，它也强于并联基准。

1.2温度漂移-温度漂移指的是因温度变化所导致的输出电压变化，以ppm／ºC为单位来表示。与带隙型电压基准相比，埋入型齐纳二极管基准(例如REF02、REFl02)的温度漂移通常更小。温度漂移可用多种方法(斜坡、蝶形电路或逻辑框)来确定，但最常用的方法是逻辑框法，计算公式如下：

    
1.3输出噪声-输出噪声通常是在两个频率范围内确定的，即0.1Hz至10Hz(峰-峰噪声)和10Hz至1kHz(RMS噪声)。噪声是很重要的，因为它有可能缩小采集系统的动态范围。高分辨率数据采集系统有可能完全因为基准噪声的缘故而在LSB中发生高频脉动。可通过外部滤波来降低噪声。电压基准如例如串联REF02、REFl02或并联REFl004-xx系列可选用。

1.4或采用一种比例测量方式。

    用一个信号既用作激励传感器又用作为参考电压，这样可以消除基准引起的误差(如图1所示)。为激励源和基准同时漂移，漂移误差相互抵消。

2、 高质量电阻网络的使用-对电子元件的温度变化的补偿

    在数据采集硬件内,电子元件的规格依赖于工作温度，故应选择的电子元件都具有很高的温度稳定性，在15℃到35℃的工作温度范围内设计的数据采集设备将温度引起的误差减小到每摄氏度不超过信号真实值的0.0006%。所有这些特性都有助于保证测量具有很高的可靠性而无需考虑数据采集硬件工作温度，在实际中那些设计有助于最小化误差。

温度漂移保护电路与高精度前置放大电路

    数据采集系统在A/D之前采用高精度前置输入放大器的作用是在A/D的输入端存电流瞬变的情况下能提供稳定、准确的信号。它还能提供增益(或衰减)、电平移位、滤波及其他信号修整功能。由于DC准确度的要求有可能使放大器的选择范围变小,故放大器必须具有足够低的失调电压、失调电压漂移、输入偏置电流、噪声等，以满足所需的准确度性能指标。

    另外,数据采集的高精度前置放大电路设计可以使芯片上的元件会具有消除温度漂移误差的方式响应温度变化。例如,高质量的电阻网络,即使在高温的情况下也可以精确地保持设置的比例。这就使得在设备的整个工作范围内都可以提供稳定的可编程的增益。

3、也可采用板上温度传感器

    这是由于板上温度传感器可确保其测量在已知的温度下工作,从而使测量更加可靠。其方法是