采用SoC实现数据采集系统
加入技术交流群
点击查看大图
图2：N通道数据采集系统的总体方框图。
d)ADC：
由于处理数字信号简单易行，因而需要将模拟多路复用器中出来的多路复用信号输入馈送至模数转换器（ADC）。ADC的所需分辨率完全取决于应用需求，但其采样率则取决于输入信号的带宽。我们假定通道1的带宽是f1，通道2是f2，……通道N是fn，那么N通道多路复用的模拟输入则被馈送至ADC，采样频率应为
Fs ≥ 2 * max (f1, f2, …, fn).
Fs = k * max (f1, f2, …, fn), k≥2
推荐使用较大的k值，以便让数字解码的信号能够紧密跟踪模拟信号且不会丢失任何有效数据。
有人也许会感到奇怪，在对信号进行多路复用之前为什么不单独数字化各个通道。假设我们的某个应用需要监控10个左右的通道，如果在进行多路复用之前对信号进行数字化，那么不得不使用10个单独的ADC（每个通道分配一个），这样就需要10个单独的ADC IC。
对于上述提及的ADC使用方法，需要考虑的一大重要问题就是温度、压力等各种参数在不同实例下进行采样的情况，即温度处于时间“t”，压力处于“t+Δt”，其中Δt = 1 / Fswitch，而Fswitch = 多路复用器的开关频率 = Fs/N。如果在“t”和“t+Δt”之间环境条件发生突变，那么初始时间点测量的温度读数无法反应出这种变化，而在“t+Δt”测得的压力读数才能反映出这一突然变化。如果需要在相同情况下测量所有的物理参数，那么将信号馈送至模拟多路复用器之前需要在每个通道中运用单独的采样与保持电路。触发信号应被同时馈入所有通道的采样与保持电路中，触发信号的频率应为Fswitch/N，其中N表示通道的数量。这类系统也被称为时间同步系统。
模拟多路复用器的开关频率由所用的通道数量控制，并需要考虑采样速率。但是，开关频率还需要受ADC转换时间参数的限制。
实例：
如果ADC的工作时钟频率是FADC，而且每次转换需要“L”个时钟周期进行采样，“M”个时钟周期进行转换，那么
以上条件可被解读为两种情况：
1. 如果“M”和“L”非常大，那么加到ADC的时钟要求就会更高。
2. 具有较大“L”和“M”的ADC固定时钟会限制Fswitch，这样反过来也会限制被监控信号的信号带宽。
这一条件并非强制性的。如果前一个通道已经完成采样阶段并开始进入转换阶段（假设ADC具备此功能），我们就可以将多路复用器切换到下一个通道。在这种情况下
使用PSoC（片上可编程系统）实现数据采集系统
除了外部传感器、隔离器和存储PC外，以上系统一般需要‘N’个低通滤波器、‘N’个高增益放大器、‘N’个采样与保持电路、1个外部N:1模拟多路复用器、1个ADC芯片（带外部参考电压）和1个可用来读取数字数据并通过RS-232接口将读数传送到PC的专用MCU。总的来说，需要‘3N+2’颗芯片；如果我们需要监控10个通道的信号，那么实际需要32颗芯片，这样会使系统过于庞大和昂贵。
评论