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一种宽动态范围数据采集系统的设计
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2009-09-02
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本文介绍了一种基于浮点放大技术的宽动态范围数据采集系统。系统采用AT89S52
作为核心控制器，采用12 位A/D 转换器AD574A，应用浮点放大技术，以低成本实现了120dB的大动态范围数据采样。由于采用硬件方式控制放大器的增益，放大倍数确定极快，并且采样过程中应用了流水线结构，实现了数据采集电路的流水线作业方式，因而系统不会因为增加了浮点放大电路而降低采样速度。文章详细介绍了系统的总体方案及部分硬件设计方案。
关键词：数据采集；浮点放大；AD574A
动态范围是指系统允许的最大输入信号幅值与能分辨的最小信号的幅值之比，是衡量一
个数据采集系统性能优劣的重要指标，像陀螺仪的输出信号等瞬态信号的采集，常常要求系统具备较宽的动态范围。为了提高系统的动态范围，通常的做法是增加A/D 转换器的分辨率，然而高分辨率A/D 在转换精度和速度上是难以兼顾的，若需要同时满足高速和高分辨率的测量，A/D 的价格会变得十分昂贵。为了在低成本的前提下实现较宽的动态范围，本文采用了浮点放大技术，系统根据输入信号的大小动态地设定系统的增益，这就使得A/D 的输入信号幅值总是处于半量程和满量程之间，因而保证了在整个输出信号范围内，信号的量化噪声几乎保持一致，同时提高了系统的动态范围，并且，采用流水线结构保证了系统的转换速度。
作为核心控制器，采用12 位A/D 转换器AD574A，应用浮点放大技术，以低成本实现了120dB的大动态范围数据采样。由于采用硬件方式控制放大器的增益，放大倍数确定极快，并且采样过程中应用了流水线结构，实现了数据采集电路的流水线作业方式，因而系统不会因为增加了浮点放大电路而降低采样速度。文章详细介绍了系统的总体方案及部分硬件设计方案。
关键词：数据采集；浮点放大；AD574A
动态范围是指系统允许的最大输入信号幅值与能分辨的最小信号的幅值之比，是衡量一
个数据采集系统性能优劣的重要指标，像陀螺仪的输出信号等瞬态信号的采集，常常要求系统具备较宽的动态范围。为了提高系统的动态范围，通常的做法是增加A/D 转换器的分辨率，然而高分辨率A/D 在转换精度和速度上是难以兼顾的，若需要同时满足高速和高分辨率的测量，A/D 的价格会变得十分昂贵。为了在低成本的前提下实现较宽的动态范围，本文采用了浮点放大技术，系统根据输入信号的大小动态地设定系统的增益，这就使得A/D 的输入信号幅值总是处于半量程和满量程之间，因而保证了在整个输出信号范围内，信号的量化噪声几乎保持一致，同时提高了系统的动态范围，并且，采用流水线结构保证了系统的转换速度。
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