信號調(diào)理往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出和其他目的的數(shù)字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，通常，傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因為傳感器輸出是相當(dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）的輸入。然后，adc對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理（見圖1）。然后，設(shè)計人員必須選擇adc.adc應(yīng)具有處理來自輸入電路信號的能力，并能產(chǎn)生滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分辨率、精度和取樣率的數(shù)字輸出。

傳感器和放大器匹配電路

ph電極緩沖器

高阻抗ph傳感器可與具有低功率電路（僅需要2個1.5v電池供電）的放大器配對（圖2）。放大器mos輸入晶體管為傳感器提供高阻抗，傳感器輸出阻抗為1mw或更大。此放大器的輸入偏置電流小于1pa,所以，放大器工作消耗非常小的電流。放大器的失調(diào)電壓小于1mv.放大器提供軌到軌工作并具有高驅(qū)動能力，能在長線上發(fā)送信號（放大器遠(yuǎn)離adc的情況）。在電路中增加了一個精密溫度傳感器，可以測量ph傳感器的溫度。這使得具有精確的ph溫度補(bǔ)償值。

完整的傳感器橋接口

測量應(yīng)變片傳感器通常要通過橋網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)變片構(gòu)成橋的兩個（或4個）臂。應(yīng)變片是低源阻抗器件，其輸出信號范圍是小的（幾百微伏~幾毫伏）。圖3所示的電路能為精確測量傳感器信號提供測量橋穩(wěn)定激勵電壓和高共模電壓抑制（cmr），消除了任何共模電壓。放大器a2、a3、a4必須提供高共模抑制比（cmrr），所以僅測量差分電壓。這些放大器也必須具有低值輸入失調(diào)電壓（vos）漂移（也稱之為失調(diào)電壓溫度系數(shù)tcvos）和輸入偏置電流，以使得從傳感器能精確地讀數(shù)。放大器a1~a4連接成儀表放大器以達(dá)到上述目標(biāo)。這種配置的電壓增益（av）為：av=（1+2r2/br2）（ar1/r1），其中a和b是確定總增益的比值。

輻射分析儀通道

輻射譜測量來自輻射源的發(fā)射能量的分布，輻射源可以是粒子，x射線或γ射線。輻射照到閃光晶體上并發(fā)射強(qiáng)度正比于能量的短脈沖。然后由pin光電二極管把光轉(zhuǎn)換為電流。放大器（見圖4）用做首置放大器和pin光電二極管輸出的電流/電壓轉(zhuǎn)換器。此電路為用于基本輻射譜的單通道分析儀。信號的脈沖幅度包含重要信息，所以低輸入失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移是重要的。寬帶寬為處理脈沖（可窄到幾納秒）提供快速響應(yīng)。首置放大器輸出（vout）到脈沖幅度分析儀（如快速adc）來測量和儲存每個峰值發(fā)生的數(shù)。分布是單個源的光譜。反饋電阻r1值取決于來自pin光電二極管的最大電流和到adc的最大輸出電壓。因此，r1=（max vout）/（max isignal）。電容c1用于pin光電二極管寄生電容的補(bǔ)償。r2和c2相當(dāng)于r1和c1用于補(bǔ)償放大器非倒相輸入的輸入偏置電流。

熱電耦接口電路

熱電偶根據(jù)兩個不同金屬線結(jié)點之間的溫度差提供電壓信號。熱電偶溫度傳感器具有一個感測端（金屬a/金屬b連接端）和一個參考端。冷端參考溫度與熱電偶信號一道進(jìn)行控制和測量。熱電偶具有大約10mv/℃~80mv/℃的小信號電平范圍和小的源阻抗。配置成差分放大器的單放大器（圖5）把信號放大到adc輸入所需的電平。差分放大器增益為：

av=xr/r

其中x是電阻比，它決定增益。差分配置有助于抑制熱電偶線的共模拾取。放大器應(yīng)具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移。

信號調(diào)理系統(tǒng)的最后級--adc

信號調(diào)理系統(tǒng)的基本目標(biāo)是盡可能快速、完整和便宜地把模擬傳感器數(shù)據(jù)變換為數(shù)字形式，此任務(wù)就落在adc身上。所用adc的類型由一系列參數(shù)決定。這包括所需的分辨率（位數(shù)）、速度（數(shù)據(jù)吞吐率）、ac或dc信號輸入、精度（dc和ac）、等待時間和電源電平。在輸出端的重要參數(shù)包括串行或并行、處理器的輸入電壓電平、有效的電源電壓和功耗考慮。

大多數(shù)信號調(diào)理應(yīng)用采用逐次逼近（sar）或積分型adc.這兩種adc能很好地處理dc信號，而sar型adc對快速ac信號能提供更好的支持（表2）。sar轉(zhuǎn)換器是所有adc中最通用的，這種轉(zhuǎn)換器把高分辨率（高達(dá)16位）和高吞吐能力結(jié)合在一起。

積分adc具有長操作時間，這是因為所用轉(zhuǎn)換方法的原因，但通過信號平均使其具有噪音低的特點。對于中頻ac信號，d-s轉(zhuǎn)換器是最好的選擇，因為它們具有高分辨率和高精度。d-s轉(zhuǎn)換器分辨率高達(dá)24位，但以降低速度為代價，其等待時間非常長。其他兩類adc-流水線和分段adc是高速器件，非常適合用于轉(zhuǎn)換高頻ac信號。 來源:qick