信號調理電路

信號調理電路往往是把來自傳感器的模擬信號變換為用於數據採集、控制過程、執行計算顯示讀出和其他目的的數字信號。 模擬傳感器可測量很多物理量，如温度、壓力、力、流量、運動、位置、PH、光強等。但是傳感器信號不能直接轉換為數字數據，因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或變化，因此，在變換為數字數據之前必須進行調理。 ^[1] 

調理就是放大，緩衝或定標模擬信號，使其適合於模/數轉換器(ADC)的輸入。然後，ADC對模擬信號進行數字化，並把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。

信號調理簡單的説就是指將敏感元件檢測到的各種信號轉換為標準信號。數字量輸入通道中的信號調理主要包括消抖、濾波、保護、電平轉換、隔離等。信號調理將您的數據採集設備轉換成一套完整的數據採集系統，這是通過幫助您直接連接到廣泛的傳感器和信號類型(從熱電偶到高電壓信號)來實現的。關鍵的信號調理技術可以將數據採集系統的總體性能和精度提高10倍。信號調理簡單的説就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成採集設備能夠識別的標準信號。是指利用內部的電路(如濾波器、轉換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型並輸出之。因為工業信號有些是高壓，過流，浪湧等，不能被系統正確識別，必須調整理清之。 ^[2] 

1.放大

放大器提高輸入信號電平以更好地匹配模擬－數字轉換器（ADC）的範圍，從而提高測量精度和靈敏度。此外，使用放置在更接近信號源或轉換器的外部信號調理裝置，可以通過在信號被環境噪聲影響之前提高信號電平來提高測量的信號－噪聲比。

2.衰減

衰減，即與放大相反的過程，在電壓（即將被數字化的）超過數字化儀輸入範圍時是十分必要的。這種形式的信號調理降低了輸入信號的幅度，從而經調理的信號處於ADC範圍之內。衰減對於測量高電壓是十分必要的。

3.隔離

隔離的信號調理設備通過使用變壓器、光或電容性的耦合技術，無需物理連接即可將信號從它的源傳輸至測量設備。除了切斷接地迴路之外，隔離也阻隔了高電壓浪湧以及較高的共模電壓，從而既保護了操作人員也保護了昂貴的測量設備。

4.多路複用

通過多路複用技術，一個測量系統可以不間斷地將多路信號傳輸至一個單一的數字化儀，從而提供了一種節省成本的方式來極大地擴大系統通道數量。多路複用對於任何高通道數的應用是十分必要的。

5.過濾

濾波器在一定的頻率範圍內去處不希望的噪聲。幾乎所有的數據採集應用都會受到一定程度的50Hz或60Hz的噪聲（來自於電線或機械設備）。大部分信號調理裝置都包括了為最大程度上抑制50Hz或60Hz噪聲而專門設計的低通濾波器。

6.激勵

激勵對於一些轉換器是必需的。例如，應變計，電熱調節器，和RTD需要外部電壓或電流激勵信號。通常RTD和電熱調節器測量都是使用一個電流源來完成，這個電流源將電阻的變化轉換成一個可測量的電壓。應變計，一個超低電阻的設備，通常利用一個電壓激勵源來用於惠斯登（Wheatstone）電橋配置。

7.冷端補償

冷端補償是一種用於精確熱電偶測量的技術。任何時候，一個熱電偶連接至一個數據採集系統時，您必須知道在連接點的温度（因為這個連接點代表測量路徑上另一個“熱電偶”並且通常在您的測量中引入一個偏移）來計算熱電偶正在測量的真實温度。

濾波（Wave filtering）是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波分為經典濾波和現代濾波。 ^[3] 

濾波一詞起源於通信理論，它是從含有干擾的接收信號中提取有用信號的一種技術。“接收信號”相當於被觀測的隨機過程，“有用信號”相當於被估計的隨機過程。例如用雷達跟蹤飛機，測得的飛機位置的數據中，含有測量誤差及其他隨機干擾，如何利用這些數據儘可能準確地估計出飛機在每一時刻的位置、速度、加速度等，並預測飛機未來的位置，就是一個濾波與預測問題。這類問題在電子技術、航天科學、控制工程及其他科學技術部門中都是大量存在的。歷史上最早考慮的是維納濾波，後來R.E.卡爾曼和R.S.布西於20世紀60年代提出了卡爾曼濾波。現對一般的非線性濾波問題的研究相當活躍。

信號隔離器是一種信號隔離裝置，將輸入單路或雙路電流或電壓信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，並提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。首先將接收的信號，通過半導體器件調製變換，然後通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然後再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離後信號的供電電源進行隔離處理，保證變換後的信號、電源、地之間絕對獨立。

信號隔離器採用了先進的數字化技術，在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有着優異表現，即使在大功率變頻控制系統中依然能夠可靠應用，內部採用數字化調校、無零點及滿度電位器、自動動態校準零點、温度漂移自動補償等諸多先進技術，這一系列技術的應用使產品的穩定性及可靠性得到科學的保證。

模擬信號只有通過A/D轉化為數字信號後才能用軟件進行處理，這一切都是通過A/D轉換器（ADC）來實現的。與模數轉換相對應的是數模轉換，數模轉換是模數轉換的逆過程。 ^[4] 

與傳統無線電不同，軟件無線電要求儘可能地以數字形式處理無線信號，因此必須將A/D和D/A轉換器儘可能地向天線端推移，這就對A/D和D/A轉換器的性能提出了更高的要求。主要體現在兩個方面。

（1）採樣速率。依據採樣定理，A/D轉換器的抽樣頻率fs應大於2Wa（Wa為被採樣信號的帶寬）。在實際中，由於A/D轉換器件的非線性、量化噪聲、失真及接收機噪聲等因素的影響，一般選取fs>2.5Wa。

（2）分辨率。採樣值的位數的選取需要滿足一定的動態範圍及數字部分處理精度的要求，一般分辨率80dB的動態範圍要求下不能低於12位。