信號調(diào)整通常包括將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，其中，模擬信號通常來自現(xiàn)實世界中的傳感器，數(shù)字信號用于數(shù)據(jù)采集、控制某一過程、執(zhí)行某些計算、生成可以顯示的讀數(shù)，以及其他目的。

模擬傳感器可以測量多種多樣的物理現(xiàn)象，例如溫度、壓力、力量、流量、運動、位置、pH值(酸堿度)和光強(qiáng)度等。因為相對來說，傳感器的輸出信號通常是一些比較小的電壓、電流或阻抗變化值，因此必須在被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前進(jìn)行一定調(diào)整。調(diào)整的具體形式有放大、緩沖，或?qū)δM信號進(jìn)行擴(kuò)大，將其作為適合AD轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。

然后，ADC就可以對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，并將其發(fā)送給微處理器或其它數(shù)字器件，以便在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。進(jìn)行這一連串工作的關(guān)鍵是如何選擇運算放大器，因為運算放大器必須與用以測量的各種不同類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕涌凇＿@樣一來，設(shè)計師就一定要謹(jǐn)慎選擇適當(dāng)?shù)腁DC性能，以便對來自輸入網(wǎng)絡(luò)的信號進(jìn)行處理，生成一個能夠在分辨率、準(zhǔn)確度和采樣率等方面，都能夠讓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)滿意的數(shù)字化輸出。

A. 傳感器，接口的起點

按照所測量的物理量的類型，可以將傳感器分為：熱電偶、溫度探測器(RTD)和用以進(jìn)行溫度測量的熱敏電阻；用以測量壓力或力量的應(yīng)力計；用以測量溶液的酸、堿度的pH測量儀；用作光探測器，進(jìn)行光強(qiáng)度測量的PIN光電二極管。其中，有源傳感器需要一個外部激勵源(電壓或電流)，而無源傳感器則不需要激勵，本身就可以產(chǎn)生電壓。常見的有源傳感器包括RTD、熱敏電阻和應(yīng)力計，而熱電偶和PIN則屬于無源傳感器。為了確定放大器與傳感器進(jìn)行接口時，究竟需要哪些標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計師必須考慮如下所示的傳感器主要特性：
（1）輸入阻抗
·輸入阻抗的高端值必須大于100kΩ。
·輸入阻抗的低端值必須少於100Ω。
（2）輸出信號電平
·高端信號電平必須大于500mV（滿量程）。
·低端信號電平必須少於100mV（滿量程）。
（3）動態(tài)范圍
表示信號的大小，在該范圍內(nèi)，傳感器的激勵能夠產(chǎn)生一個可測量的輸出信號。動態(tài)范圍的大小取決于所使用的傳感器的類型。

B. 放大器的角色

除了提供直流信號增益之外，放大器還將傳感器的輸入信號在發(fā)送給ADC之前，預(yù)先進(jìn)行緩沖和按比例縮放，以便妥當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為數(shù)字信號。放大器有兩個主要職責(zé)，一是按照傳感器的特點，為其提供一個適當(dāng)?shù)慕涌冢硪粋�是根據(jù)特征負(fù)載的大小，與ADC進(jìn)行接口。其它職責(zé)包括：放大器和ADC之間的布線距離、電容性負(fù)載效應(yīng)，以及ADC的輸入阻抗。

當(dāng)選擇與傳感器進(jìn)行適當(dāng)接口的放大器的時候，設(shè)計師一定要使傳感器的特性與放大器相互匹配。為了使“放大器-傳感器”組合能夠很好地工作，首先明確放大器的某些性能比所有性能更重要。也就是說，在各種不同類型的放大器之中進(jìn)行折衷的時候，應(yīng)該首先考慮放大器的這些性能。

舉例來說，一個pH電極就是一個高阻抗傳感器，這樣，放大器的輸入偏置電流就是一個高優(yōu)先權(quán)的考慮要素(在表1中表示為H)。pH傳感器提供的信號絕對不允許產(chǎn)生任何可感知的電流，因此放大器一定是這種類型的，即它在動作的時候不需要大的輸入偏置電流。其中，具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS-輸入放大器是最佳選擇，可以滿足這方面的需求。

另一方面，增益-帶寬產(chǎn)品(GBP)則是一個低優(yōu)先權(quán)的考慮(在表1中表示為L)，這不僅因為傳感器通常工作于低頻環(huán)境，而且放大器的頻率效應(yīng)也不應(yīng)該妨礙傳感器信號波形的真實再現(xiàn)。

C. 使傳感器和放大器相匹配

一個高阻抗的pH傳感器可與一個具有低功率供電電路的放大器配合使用，該電路僅需要兩個1.5V的電池來供電。其中，放大器采用MOS-輸入晶體管，以便為輸出阻抗可能是1MΩ或更大的傳感器提供一個很高的阻抗。該放大器的輸入偏置電流不到0.1pA，因此其動作時需要的電流非常小。放大器的偏移電壓在1mV之下。該放大器提供了一個軌-對-軌(rail-to-rail)操作，具有出色的驅(qū)動能力——如果放大器和ADC之間相距較大的距離，也能夠通過線路將信號發(fā)送到較遠(yuǎn)的距離。有趣的是，該線路還附加有一個精密溫度傳感器，以便對pH傳感器的溫度進(jìn)行精確控制。這樣，就可以得到pH測試過程中正確的溫度補(bǔ)償值。

對普通用途的傳感器，例如應(yīng)力計的測量可以采用電橋網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)力計形成電橋的兩(或四)的臂。應(yīng)力計是一個低輸入阻抗的器件，輸出信號很小，為幾百微伏到幾毫伏之間。

D. 最后階段：AD轉(zhuǎn)換

信號調(diào)整系統(tǒng)的最終目的是以盡可能快、盡可能完全和盡可能便宜的方式，將來自模擬傳感器的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，剩下的工作就落到ADC身上。

ADC類型的選擇取決于許多因素，如必須的分辨率(比特數(shù)目)、速度(數(shù)據(jù)吞吐量)、交流或直流信號輸入、準(zhǔn)確性(直流和交流)、等待時間（開始調(diào)用數(shù)據(jù)和實際開始傳送數(shù)據(jù)之間的時間間隔和電源電壓大�。�。在輸出端，即ADC與微控制器或數(shù)字信號處理器之間的接口，也有—些非常重要的考慮因素，包括串性還是并行、處理器允許的輸入電壓的大小、現(xiàn)有電源電壓的大小，以及功耗等。

大部分信號調(diào)整應(yīng)用都采用逐次逼近寄存器(SAR)或整合型ADC。這兩種類型的ADC都能夠很好地處理直流信號，特別是，SAR單元還能夠為快速交流信號提供更好的支持。在所有類型的ADC中，SAR轉(zhuǎn)換器是多用途的，因為它兼具高分辨率(達(dá)16bit)和高數(shù)據(jù)吞吐量。

由于采用的轉(zhuǎn)換方法不同，整合型ADC的運行時間較長，但是依然具有明顯的優(yōu)勢，那就是降噪性能特別好。對於適度頻率的交流信號來說，delta-sigma型轉(zhuǎn)換器是最好的。對于這類輸入信號，delta-sigma型轉(zhuǎn)換器具有很高的分辨率和準(zhǔn)確度，高達(dá)24bit，但是這些好處卻是以降低速度的昂貴代價換來的，因此等待時間非常長。

其它兩種型號的ADC——管線型（pipelined）和次分區(qū)（subranging）屬于高速器件，能夠滿足對頻率非常高的交流信號的轉(zhuǎn)換需求。

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