差分輸入

　　為改善動態范圍和噪聲抑制能力，應在數據采集系統中采用差分輸入。使用差分輸入時（與單端輸入相反），兩根信號線上的任何信號都被共模抑制（CMR）放大器或 ADC 排除掉了。如果傳感器輸出是單端的，可使用一種單端-差分轉換驅動電路（圖 3）。數據采集系統可以設計為使用單端輸入或差分輸入。

　　很多數據采集系統都用一個復用器來增加通道。復用器中的電阻與電容會影響信號的完整性。例如，來自復用器的電荷注入會將 DC 信號轉變為 AC 信號。導通電阻（Ron）與寄生電容相結合，就形成了一個低通濾波器，它有一個 RC 時間常數。圖 4 表示如果時間常數相對于采樣時間過長將會發生的事情。

　　這個系統錯誤可以很容易被測試。將一個復用數據采集系統中的兩個相鄰通道（如通道 0 和 1）連接到接近系統輸入極限的 DC 電壓上，如 +10V 和 -10V。接下來，在兩個輸入通道之間進行交替采樣。開始對每個通道進行幾次采樣，并逐漸轉為每通道一次采樣，然后切換通道。

　　如果時間常數快于采樣速率，則應看到二分之一采樣速率的一個方波。但如果時間常數過長，則所得到的是一個類似的三角波，因為通道之間有電荷注入。

　　Analog Devices 公司的 Hyde 說：“Ron 應不大于幾歐姆。數百歐的導通電阻對今天的多數數據采集應用而言太大了。”而 National Instruments 的 Orozco 主張，數百歐并不太大，因為上游運放有高輸入阻抗。

　　Hyde 還指出，復用器的導通電阻會根據系統輸入信號的幅度而變化。如果將通道從一個電壓軌變到另一個電壓軌，就需要了解通道的 RC 時間常數。當 Ron 隨電壓變化時，通道電容會產生一個隨頻率變化的阻抗。這些阻抗與電容一起構成了一個可變的低通濾波器，并造成失真。

　　Hyde 說：“通道必須落在 ADC 精度極限內，以防止電荷導致的錯誤。”新復用器的電容小于較老型號，他補充說。

　　技術數據

　　在設計數據采集系統時，當然要依賴于 ADC、運放和電壓基準的數據手冊。元器件制造商也會為自己的元件提供其他有價值的資源，如參考設計板（圖 5）。通常情況下，可以購買一塊參考設計板來評估元件，然后再將它們設計到自己的系統里。

　　數據手冊也提供了設計與布局信息，但 Keithley 的 Cawley 發現，數據手冊上的信息和參考設計板可能不一致。在設計一個 500 k 采樣/秒、18 位的數據采集系統時，Cawley 使用數據手冊中的設計信息，不過發現 ADC 產生的噪聲在 3 與 7 LSB 之間（5 ？V/LSB）。他說：“當我轉用參考設計推薦的布局時，噪聲跌到了 1 LSB 內。該參考設計在 QFP 器件下用了四層接地。用 9 個通孔連接接地層，但數據手冊用了一根從 ADC 到一只旁路電容的走線，而沒有用接地層。”

　　模擬 IC 制造商為 ADC 的設計提供了豐富的技術信息，無需支付費用就可以找到應用說明、數據手冊、在線研討會、技術論文，以及仿真軟件等。