第二章医学信号采集系统.ppt

第二章医学信号采集系第二章医学信号采集系统统信信号号转换系系统A/D转换过程 D/A转换过程 2.1 采样定理模拟信号——用连续变化的物理量表示的信息，其幅度或频率或相位随时间作连续变化 数字信号——时间和数值上都是离散的信号 ？ 存储容量的限制，只能提取有限的确定值这些在离散时间瞬间的取值就构成了模拟信号的“采样” 信号x(t)与脉冲序列p(t)相乘 时域频域调制信号x(t)载波信号p(t)傅立叶变换调制后的信号调制后的频谱低通低通滤波波如何把调制后的信号恢复出来？在一定的条件下，一个连续时间信号可完全地用等时间间隔的瞬时值或采样值来表示，并且可以利用这些采样值完全恢复信号本身 采样理论x(t)称为带限信号等时间间距的脉冲序列的频谱也是一个脉冲序列，其间距为1/T＝fs，fs为采样频率信号必须频带有限，而且采样频率不能低于信号最高频率的2倍要想把模拟信号x(t)从它的采样表示中恢复出来，由上图得到调制后的频谱fs－fm >fm → fs > 2fm采样定理2.2 模拟量输入通道2.1.1 A/D转换器概述模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等，在仪器领域内，模拟量更限于电压和电流。

A/DA/D转换器的技器的技术指指标：：分辨率分辨率量化量化误差差非非线性性误差差零位零位误差差满刻度刻度误差差1 1）分辨率：）分辨率：用来衡量用来衡量ADAD转换器分辨器分辨输入模入模拟量最小量最小变化程度的技化程度的技术指指标它由它由ADAD变换器能器能够输出的数出的数值MM，即，即1/21/2n n所决定所决定 A/DA/D转换器的技器的技术指指标Example8位输出AD转换器ADC0809，故其具有8位分辨率，即如果输入电压的最大值为5v，则8位ADC能分辨的输入电压最小变化量为 A/DA/D转换器的技器的技术指指标2 2）量化）量化误差：差：由由ADAD转换器的分辨率直接造成的，在一个量化器的分辨率直接造成的，在一个量化单位内位内所有模所有模拟电压值都都对应着同一个着同一个输出数出数码 Example1减小量化误差A/DA/D转换器的技器的技术指指标降低量化误差的方法？提高分辨率量化误差是由于A/D的有限字长数字量对输入数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）而引起的，所以量化误差和分辨率是统一的A/DA/D转换器的技器的技术指指标Example2A/DA/D转换器的技器的技术指指标ADCADC芯片的非芯片的非线性性误差是指其差是指其输出特性曲出特性曲线从始末两端从始末两端造成的直造成的直线漂移的最大偏移量漂移的最大偏移量 Example3 3）非）非线性性误差：差：A/DA/D转换器的技器的技术指指标零位零位误差是衡量理想差是衡量理想A/DA/D变换器与器与实际A/DA/D变换器零点偏差器零点偏差大小的尺度大小的尺度 Example4 4）零位）零位误差：差：零位误差的影响是使整个变换特性曲线沿着横坐标向左或向右漂移 2LSB 2LSB ＝＝ ％％FSFSA/DA/D转换器的技器的技术指指标满刻度刻度误差是差是满刻度情况下理想的刻度情况下理想的A A／／D D变换器与器与实际的的A A／／D D变换器偏差的大小尺度器偏差的大小尺度 Example5 5））满刻度刻度误差：差：满刻度误差的影响是使变换器的特性曲线绕原点转动一个角度 A/DA/D转换器的技器的技术指指标变换时间是指是指—个个变换周期的周期的长短短 ，它跟芯片采用的，它跟芯片采用的变换方式等因素有关，也影响芯片的使用方式等因素有关，也影响芯片的使用场合。

合 6 6））变换时间：：2.1.2 ADC芯片的分类及原理根据转换的原理来分，常用的ADC有： ①积分式ADC ③逐次逼近式ADC ③快速ADCA/DA/D转换器的分器的分类以高精度、高分辨率和低以高精度、高分辨率和低转换速度速度为其特点在其特点在—些有些有强电干干扰，而信号，而信号变化极其化极其缓慢的慢的应用用场合合 Principle1 1））积分式分式ADCADCA AB BN NA/DA/D转换器的分器的分类触发时刻t1开始到计数器计满发出溢出脉冲的时刻t2为止，这段时间T1称为采样阶段T1等于Tcp*Nmax是定值这时积分运算放大器的输出电压U为： t2时刻，转换器进入比较阶段到输出Uo降到零的时刻t3，通过控制逻辑电路将计数器关闭这一段时间为t3－t2＝Tx此时积分器输出电压为零，即： A/DA/D转换器的分器的分类易于易于获得得较高的高的转换速度、速度、高分辨率及高分辨率及较高的高的精度，也易于和微机接口精度，也易于和微机接口 比较常用常用2 2）逐次比）逐次比较式式ADCADCPrincipleA/DA/D转换器的分器的分类当未知当未知电压UxUx接入后，由接入后，由CPUCPU给出出STARTSTART＝＝1 1信号启信号启动A A／／D D转换，随即芯片，随即芯片输出出/BUSY/BUSY信号，表示信号，表示ADCADC正在正在转换。

ADCADC转换时先使高位数字先使高位数字DN-1DN-1＝＝1 1，，经片内的数模片内的数模转换环节转换成成对应一个整量程一半的一个整量程一半的权值基准基准电压UcUc，与，与输入入电压UxUx相相比比较：若：若Ux>UcUx>Uc，，则保留此位；若保留此位；若Ux

等U U’x x与与U U”x x同同时加到运算放大器的加到运算放大器的输入端，其入端，其输出出电压为U U”x x－－U U’x x，然后将其差，然后将其差值通通过低位并行低位并行ADCADC转换出低出低3 3位的数字，存位的数字，存人人输出数字出数字锁存器，就可以存器，就可以获得得6 6位分辨率的数字位分辨率的数字输出2.1.3 仪器设计时A/D转换器的选取在信号的在信号的变化范化范围内，不能因内，不能因ADAD转换器分辨率器分辨率过低造成低造成测量量“死区死区”如信号|x(t)||x(t)|的最大的最大值为XmaxXmax，最小，最小值为XminXmin，，对舍入量化来舍入量化来说，必，必须满足足 q/2 ≤ X min q/2 ≤ X min 在在设计微机化微机化仪器器时，正确，正确选用用ADAD转换器的关器的关键，在于合，在于合理理选择其字其字长、、变换速度及确定采速度及确定采样／保持器是否必要／保持器是否必要ExampleADAD转换器的字器的字长直接影响量化精度直接影响量化精度。