引 言
数据采集系统的前向通道普通是由三局部组成的： 传感器 ， 信号 加大电路和 模数转换器 （） 。 逐次比拟式的模数转换器是实验机控制系统的数据采集模块及其它 工业 数据采集系统常驳回的模数转换器L在设计这类数据采集系统时， 一项关键的义务是决定模数转换器（C） 的采样频率。 依据采样实践， 信号的采样频率至少应为输入信号带宽的两倍，实践往往驳回更高的采样频率来保障数据采集系统的精度。 但当逐次比拟式ADC 的采样频率过高时，会造成ADC 转换误差过大。这是由于这类ADC 的采样坚持局部是驳回开关 电容 阵列的结构。 这种结构是靠信号加大电路的输入电压对其外部的开关电容阵列启动充电， 即ADC 的采样阶段。 而后对电容阵列的电压值启动坚持及转换失掉对应的数字量L而对开关电容阵列启动充电须要必定时期， 假设ADC 的采样时期过短， 会造成ADC 外部的开关电容阵列并未齐全充电， 即此时ADC 采得电压值低于实践电压值。 从而造成前面转换结果与实践误差过大而有效。 因此采样时期必定能保障开关电容阵列的充沛充电， 能力保障采样值的精度。而开关电容阵列的充电时期取决于信号加大电路的输入 电阻 和ADC 的转换位数。 本文推导出ADC 的采样时期与信号加大电路输入阻抗的婚配相关， 在保障ADC的转换精度下， 失掉不同转换位数ADC 的最佳采样频率。
模拟 输入电路的剖析
测控系统的传感器和信号加大电路经常驳回差动式 加大器 和 运算加大器 变换电路等组成， 依据戴维南原理（Thven in’s theo rem ） ， 可将其简化成一个加大后的等效电压信号源。 而逐次比拟式ADC 的开关电容阵列结构， 在其采样时期， 等效于一个等效电容经过一个等效外部电阻与信号源相连L因此整个前向通道可等效并简化为图1。 图1 的等效电路对本文所剖析T i 公司 的TLC54X， TLC154X 和TLC254X 系列的逐次比1 较式ADC 都是有效的。
由于对图1 中ADC 的等效电容C i 的充电是呈指数变动， 见图2依据实践剖析， 充电时期越长， 其上的电压U c 只是有限凑近于等效信号源的电压U s为坚持必定采样频率， 在以下的剖析中， 假设当等效电容C i 上的电压值到达了1/16 L SB 的误差范畴之内， 即算其启动了齐全充电L由于在此采样误差下，再把其它的外部误差， 如DNL 和NL 一同统计出去， 可把总共的转换误差控制在 1/2 L SB 之内。
以图1 的等效电路为例， 在开关电容的充电时期内， 从0 V 到等效信号源的电压值， 并在1/16L SB 误差范畴L其计算公式如下：
式中：U c 为等效电容上的采样电压;U s 为等效信号源的电压; R t 为R s + R i; R s 为等效信号源的输入电阻; R i 为ADC 的等效外部电阻; T C 为等效电容的充电时期。
等效电容在1？16 L SB 误差范畴内的的电压为
其中N 为ADC 转换精度的位数
将式（2） 代入式（3） ， 得
其中时期常数T C = R t C i因此一个8 位ADC 中开关电容的充电时期为8。 32 倍的时期常数。表1将显示各种位数的ADC 的充电时期。由上述计算环节可知，ADC 输入采样时期（T s）必定大于或等于其等效开关电容充电的时期常数，方可保障ADC 采样值不超越1/16 的L SB 的误差。
［page］在实验机测控系统中采样时期的计算及比拟
为了验证上述等效模型的有效性， 本文决定实验机测控系统等速加载来实验， 见图3。系统中的ADC 为TLC2543， TLC2543 是12 位精度SP I 接口 的串行ADCL由TLC2543 数据手册可知， 其前8个I/O clock 为采样时期。在第12 个I/O clock 的降低沿开局AD 转换。因此其采样时期为
其中f I/O 为TLC2543 的I/O clock 频率。
由表1 知12 位的TLC2543 的充电时期及公式（5）。
在Ci = 100 （pF） 及R i = 1 （kΩ） 时， 另测得信号加大电路的输入R s = 2 1 （kΩ）
为保障TLC2543 的采样误差在1/16 L SB 之内， 单片机 提供应TLC2543 的f I/O 不应高于2。 325MHz。当单片机提供应TLC2543 的f I/O 区分为4MHz 和2MHz 时， 其等速加载的控制结果见图4 和图5。
由图4 可见， 由于其f I/O 大于2。 325 MHz，TLC2543 的外部等效电容充电不齐全， 因此采样误差较大， 从而控制质量较差。图5 中f I/O 小于2。 325MHz， TLC2543 的外部等效电容充电齐全， 保障了其采样误差在1/16 L SB 之内， 因此其控制质量较好。
总 结
经过简化测控系统前向通道的等效模型， 说明了如何控制逐次比拟式ADC的采样频率与等效信号源的输入阻抗婚配， 从而保障ADC 的采样误差在1/16L SB 之内L。并经过实验对比， 验证了其有效性。