基于微差原理的A/D转换方法分析与应用

摘要　介绍了一种基于微差原理的A／D转换方法，进行了理论分析。分析和应用表明，该方法非常适合于精确测取被测信号的微小变化量，能有效地避免测量结果有效位数的损失。即使在小信号输入或小变化量情况下，仍能取得满意的测量效果。
关键词　数据采集；A／D转换；微差

1　引言　　
　　在计算机测控系统对多路参量进行在线监测时，常常需要精确检测各参量在一段较短时间内的变化量。由于一般A／D转换器分辨率有限，若直接测量被测量，再把不同时刻的测量结果相减以求得其变化量，将会造成有效位数的严重损失而难以保障测量精度，尤其在输入信号远小于满量程时情况更加明显。目前高分辨率单片集成式A／D转换器大多为低速型的，高速的A／D转换器价格昂贵且难以实现16位以上的分辨率。因此，这时可采用微差法以提高测量精度。文献［1］提出了一种提高A／D转换分辨率的方法，其思路即基于微差法的思想。本文对这一方法作了改进，采用D／A转换器作为可编程增益放大器，在此基础上提出了固定相对微差的测量方法，并给出了相应的理论分析和应用实例。

2　测量原理
2．1　测量电路的组成
基于微差原理的测量电路原理框图如图2―1所示。由图可知，测量电路由以下部分组成：

（1）A／D转换器
　　若记A／D转换器的单位数字所表示的电压为u，则12位A／D转换器的量程L为212u。

（2）比较电压发生器
　　比较电压发生器由12位D／A转换器实现。由于它与A／D转换器共用同一个基准电压VR，故两者的单位数字量表示的模拟电压相等，均为u。比较电压发生器可产生0～212 u的比较电压VC。

（3）可编程增益放大器
　　可编程增益放大器可由12位D／A转换器实现［2］。即将D／A转换器的Rfb引脚改接输入信号vD，而D／A转换器的VREF引脚改接D／A转换器输出缓冲放大器的输出端U0即可。电路如图2-2所示。其绝对增益为
式中　Ap―――可编程增益放大器的绝对增益；
Dp―――写入D／A转换器的数据。

由式（2―1）可见，可编程增益放大器可实现的增益设定范围为1～4 096。