信号调整通常包括将模拟信号转化为数字信号，其中，模拟信号通常来自现实世界中的传感器，数字信号用于数据采集、控制某一过程、执行某些计算、生成可以显示的读数，以及其他目的。

模拟传感器可以测量多种多样的物理现象，例如温度、压力、力量、流量、运动、位置、pH值(酸碱度)和光强度等。因为相对来说，传感器的输出信号通常是一些比较小的电压、电流或阻抗变化值，因此必须在被转换成数字数据之前进行一定调整。调整的具体形式有放大、缓冲，或对模拟信号进行扩大，将其作为适合AD转换器(ADC)的输入。

然后，ADC就可以对模拟信号进行数字化处理，并将其发送给微处理器或其它数字器件，以便在系统内进行进一步的数据处理。进行这一连串工作的关键是如何选择运算放大器，因为运算放大器必须与用以测量的各种不同类型的传感器进行适当的接口。这样一来，设计师就一定要谨慎选择适当的ADC性能，以便对来自输入网络的信号进行处理，生成一个能够在分辨率、准确度和采样率等方面，都能够让数据采集系统满意的数字化输出。

A. 传感器，接口的起点

按照所测量的物理量的类型，可以将传感器分为：热电偶、温度探测器(RTD)和用以进行温度测量的热敏电阻；用以测量压力或力量的应力计；用以测量溶液的酸、碱度的pH测量仪；用作光探测器，进行光强度测量的PIN光电二极管。其中，有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流)，而无源传感器则不需要激励，本身就可以产生电压。常见的有源传感器包括RTD、热敏电阻和应力计，而热电偶和PIN则属于无源传感器。为了确定放大器与传感器进行接口时，究竟需要哪些标准，设计师必须考虑如下所示的传感器主要特性：
（1）输入阻抗
·输入阻抗的高端值必须大于100kΩ。
·输入阻抗的低端值必须少於100Ω。
（2）输出信号电平
·高端信号电平必须大于500mV（满量程）。
·低端信号电平必须少於100mV（满量程）。
（3）动态范围
表示信号的大小，在该范围内，传感器的激励能够产生一个可测量的输出信号。动态范围的大小取决于所使用的传感器的类型。

B. 放大器的角色

除了提供直流信号增益之外，放大器还将传感器的输入信号在发送给ADC之前，预先进行缓冲和按比例缩放，以便妥当地转换为数字信号。放大器有两个主要职责，一是按照传感器的特点，为其提供一个适当的接口，另一个是根据特征负载的大小，与ADC进行接口。其它职责包括：放大器和ADC之间的布线距离、电容性负载效应，以及ADC的输入阻抗。

当选择与传感器进行适当接口的放大器的时候，设计师一定要使传感器的特性与放大器相互匹配。为了使“放大器-传感器”组合能够很好地工作，首先明确放大器的某些性能比所有性能更重要。也就是说，在各种不同类型的放大器之中进行折衷的时候，应该首先考虑放大器的这些性能。

举例来说，一个pH电极就是一个高阻抗传感器，这样，放大器的输入偏置电流就是一个高优先权的考虑要素(在表1中表示为H)。pH传感器提供的信号绝对不允许产生任何可感知的电流，因此放大器一定是这种类型的，即它在动作的时候不需要大的输入偏置电流。其中，具有低输入偏置电流的高阻抗MOS-输入放大器是最佳选择，可以满足这方面的需求。

另一方面，增益-带宽产品(GBP)则是一个低优先权的考虑(在表1中表示为L)，这不仅因为传感器通常工作于低频环境，而且放大器的频率效应也不应该妨碍传感器信号波形的真实再现。

C. 使传感器和放大器相匹配

一个高阻抗的pH传感器可与一个具有低功率供电电路的放大器配合使用，该电路仅需要两个1.5V的电池来供电。其中，放大器采用MOS-输入晶体管，以便为输出阻抗可能是1MΩ或更大的传感器提供一个很高的阻抗。该放大器的输入偏置电流不到0.1pA，因此其动作时需要的电流非常小。放大器的偏移电压在1mV之下。该放大器提供了一个轨-对-轨(rail-to-rail)操作，具有出色的驱动能力——如果放大器和ADC之间相距较大的距离，也能够通过线路将信号发送到较远的距离。有趣的是，该线路还附加有一个精密温度传感器，以便对pH传感器的温度进行精确控制。这样，就可以得到pH测试过程中正确的温度补偿值。

对普通用途的传感器，例如应力计的测量可以采用电桥网络，应力计形成电桥的两(或四)的臂。应力计是一个低输入阻抗的器件，输出信号很小，为几百微伏到几毫伏之间。

D. 最后阶段：AD转换

信号调整系统的最终目的是以尽可能快、尽可能完全和尽可能便宜的方式，将来自模拟传感器的数据，转换为数字形式，剩下的工作就落到ADC身上。

ADC类型的选择取决于许多因素，如必须的分辨率(比特数目)、速度(数据吞吐量)、交流或直流信号输入、准确性(直流和交流)、等待时间（开始调用数据和实际开始传送数据之间的时间间隔和电源电压大小）。在输出端，即ADC与微控制器或数字信号处理器之间的接口，也有—些非常重要的考虑因素，包括串性还是并行、处理器允许的输入电压的大小、现有电源电压的大小，以及功耗等。

大部分信号调整应用都采用逐次逼近寄存器(SAR)或整合型ADC。这两种类型的ADC都能够很好地处理直流信号，特别是，SAR单元还能够为快速交流信号提供更好的支持。在所有类型的ADC中，SAR转换器是多用途的，因为它兼具高分辨率(达16bit)和高数据吞吐量。

由于采用的转换方法不同，整合型ADC的运行时间较长，但是依然具有明显的优势，那就是降噪性能特别好。对於适度频率的交流信号来说，delta-sigma型转换器是最好的。对于这类输入信号，delta-sigma型转换器具有很高的分辨率和准确度，高达24bit，但是这些好处却是以降低速度的昂贵代价换来的，因此等待时间非常长。

其它两种型号的ADC——管线型（pipelined）和次分区（subranging）属于高速器件，能够满足对频率非常高的交流信号的转换需求。

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