Применение АЦП в системах сбора данных

Многоканальные системы сбора данных

Как правило, системы сбора данных проектируются для получения информации о нескольких физических величинах, которые могут быть, как сконцентрированы в одном месте, так и разнесены в пространстве. Кроме того, ССД могут составлять иерархическую структуру, состоящую из отдельных систем и подсистем.

В простейшем случае организовать сбор данных по нескольким каналам можно путем использования нескольких АЦП в схеме, как показано на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1 – Многоканальная ССД с несколькими АЦП

 

При такой организации системы сбор и обработка информации производятся параллельно и независимо; обеспечивается максимальная скорость опроса каждого из каналов. Недостатком являются большие аппаратные затраты.

Другой подход к организации многоканальности – введение аналогового мультиплексора (АМ) в схему, как показано на рисунке 4.2.

 

Рисунок 4.2 – Многоканальная ССД с аналоговым мультиплексором

 

АМ осуществляет коммутацию аналогового сигнала с одного из каналов, в зависимости от логики управления, на вход аналого-цифрового преобразователя. Аппаратные затраты при этом ниже, равно как и скорость опроса каналов.

Существует множество АЦП, в которых многоканальность обеспечивается внутрисхемно. Число аналоговых каналов в таких микросхемах может достигать 64.

 

Микросхемы многоканальных АЦП

В качестве примера на рисунке 4.3 представлена структурная схема микросхемы DDC264 фирмы Texas Instruments.

 

Рисунок 4.3 – Структурная схема АЦП DDC264

 

Микросхема представляет собой 20-битный 64-канальный АЦП с сигма-дельта архитектурой. На каждом из входов установлен интегратор с двойной коммутацией, обеспечивающий непрерывное накопление сигнала: в течение цикла оцифровки текущей порции сигнала происходит накопление следующей. Настраиваемое время интегрирования может меняться от 160μс до 1с, что позволяет измерять с заданной погрешностью токи порядка μA и fA.

В микросхеме используется внешний источник опорного напряжения (ИОН), величина которого может составлять 2…AVDD + 0.3В; величина AVDD – -0.3…+6В.

 

Другим примером многоканального АЦП является микросхема MAX1280 фирмы MAXIM, структурная схема которой представлена на рисунке 4.4.

 

Рисунок 4.4 – Структурная схема АЦП MAX1280

 

Микросхема представляет собой 12-битный 8-канальный АЦП с архитектурой последовательного приближения. Коммутация входных каналов с АЦП производится при помощи аналогового мультиплексора, с помощью которого также можно настроить АЦП на работу с дифференциальным входом.

Микросхема содержит внутренний источник опорного напряжения +1,22В с низким уровнем дрейфа и внутренний тактовый генератор.

 

Выводы

Существует два подхода к организации многоканального аналого-цифрового преобразования: с применением параллельного и последовательного опроса каналов. При реализации того или иного подхода необходимо провести оценку скорости изменения входных сигналов. При последовательном опросе частота сигнала, преобразуемого за один цикл опроса, примерно сопоставима с суммой частот входных сигналов. Соответственно, необходимо выбирать АЦП с таким же быстродействием. При параллельном опросе необходимо предусмотреть организацию хранения и передачи цифровых сигналов, получаемых с выходов отдельных АЦП.