优·第五章 测试系统基本原理2.ppt

第五章 测试系统基本原理（2） 3 信号的转换 3.1 多路开关 3.2 采样/保持器 3.3 A/D转换器 3.4 D/A转换器 3.5 数据采集卡特性参数 3.1 多路开关 3.1.1 模拟多路开关 3.1.2 信号通道的切换 常用的开关类型有三种 第一种是单刀单掷开关（SPST）： 第二种开关是单刀双掷开关（SPDT） 第三种开关是双刀双掷开关（DPDT） Break-Before-Make 矩阵开关（Matrix Switch）： 矩阵开关和模拟多路开关在信号切换中的主要区别： （1）矩阵开关通断电压高、电流大；模拟开关通断电压低、电流小； （2）矩阵开关通断时间长，模拟开关通断时间短； （3）矩阵开关可能同时接通导致系统短路，危害系统安全，模拟开关即使多个并联输出短路也不会造成危害； （4）矩阵开关导通电阻小，模拟开关导通电阻大。 3.2 采样/保持器 采样/保持器的参数： 保持电压的衰减率：采样保持器的输出在保持时间内的下降速度。 CH本身漏电及等效并联电阻并非无穷大，使保持电压下降。 输入输出耦合：保持期间，输入信号通过寄生电容耦合到输出端。 在保持状态输入信号的变化会引起输出信号的微小变化。 孔径时间TAP ：Aperture Time，从保持命令下达时刻t1到开关S完全断开时刻t2之间的时间差，10ns~200ns。保持电容上的电压为t2时刻的输入信号的瞬时值。可以提前TAP 下达命令来消除孔径时间的影响。 孔径抖动TAJ： Aperture Jitter Time，孔径时间的变化范围。是TAP 的10%~50% 孔径抖动时间对输入信号最大频率的限制： 集成采样保持器 3.3 A/D转换器 直接型A/D转换器：模拟→数字；逐次逼近型、双积分型 间接型A/D转换器：模拟→中间变量（时间、频率等V/F变换）→数字 ★逐次逼近型ADC ★双积分式ADC ★ADC的性能参数： 分辨率：输出变化一个字时输入的变化量，LSB=VFS/2n 量化误差：±1/2LSB 转换精度：实际ADC的输出与理想ADC的之间的差值。包括ADC的非线性、增益误差、零点误差等。 转换时间与转换速度：在转换时间内输入信号的变化不能大于量化误差。 输入阻抗： 电源抑制比：电源变化时使输出变化1LSB时的电源电压变化量。 ★ ADC选择原则： 信号分辨率要求 信号采样速度要求 接口：串行、并行等、供电电源 环境条件：工作温度、功耗等 其他：成本， ADC的实例 3.5 通用数据采集卡的参数 Data Acquisition Board（DAQ） 模拟量输入卡、模拟量输出卡、 DIO卡 多功能采集卡 一般多功能数据采集卡基本功能包括： ★模拟量输入AI（analog input） ★模拟量输出AO（analog output） ★数字量输入输出DIO（digital input output） ★定时器/计数器counter/timer 模拟量输入卡主要参数： 特性指标包括：输入方式与通道数、输入范围、输入阻抗、 ADC的分辨率、ADC的速度、信号建立时间、输入缓存FIFO、数据传输方式 ★输入方式与通道数： RSE单端、NRSE和差分（见图） ★输入信号范围：单极性或双极性，分辨率（量化误差）不同 ★信号输入耦合： 直流与交流 ★输入阻抗：G欧级，与源阻抗匹配，阻抗变换电路 ★采样触发方式： ★ADC的分辨率：与板卡的分辨率有区别 ★ADC的速度：单通道连续与多通道扫描 ★信号建立时间：多通道扫描，与源阻抗和允许误差有关（见图） ★输入缓存FIFO：如4095Samples，双缓存技术 ★数据传输方式：IO、中断和DMA 输入信号的触发方式 电平触发（正向/反向）、施密特触发（正向/反向）、窗口触发 双缓存数据传输技术 模拟量输出卡主要参数： 特性指标包括：输出通道数、DAC的分辨率、输出信号范围、输出电流、输出数据更新速度、输出FIFO大小、数据传输方式、输出信号上升速度（slew rate） ★输出通道数：1-4个 ★ DAC的分辨率：16位 ★输出信号范围：±10Vpp ★输出电流：5mA ★最大输出数据更新速度：1MS/s ★数据传输方式：IO、中断和DMA ★输出信号上升速度（slew rate）：25V/us ★AO输出波形模式：非周期、根据FIFO输出周期波形、根据主机缓存输出周期波形 （3）数字量输入输出DIO： 特性指标包括：通道数、每位是否可编程输入输出、输入高电平/低电平电压（2.2/0.8V）、输出电流驱动能力 （4）定时器/计数器： 特性指标包括：通道数、分辨率