信號調整通常包括將模擬信號轉化為數字信號，其中，模擬信號通常來自現實世界中的傳感器，數字信號用于數據采集、控制某一過程、執行某些計算、生成可以顯示的讀數，以及其他目的。

模擬傳感器可以測量多種多樣的物理現象，例如溫度、壓力、力量、流量、運動、位置、pH值(酸堿度)和光強度等。因為相對來說，傳感器的輸出信號通常是一些比較小的電壓、電流或阻抗變化值，因此必須在被轉換成數字數據之前進行一定調整。調整的具體形式有放大、緩沖，或對模擬信號進行擴大，將其作為適合AD轉換器(ADC)的輸入。

然后，ADC就可以對模擬信號進行數字化處理，并將其發送給微處理器或其它數字器件，以便在系統內進行進一步的數據處理。進行這一連串工作的關鍵是如何選擇運算放大器，因為運算放大器必須與用以測量的各種不同類型的傳感器進行適當的接口。這樣一來，設計師就一定要謹慎選擇適當的ADC性能，以便對來自輸入網絡的信號進行處理，生成一個能夠在分辨率、準確度和采樣率等方面，都能夠讓數據采集系統滿意的數字化輸出。

A. 傳感器，接口的起點

按照所測量的物理量的類型，可以將傳感器分為：熱電偶、溫度探測器(RTD)和用以進行溫度測量的熱敏電阻；用以測量壓力或力量的應力計；用以測量溶液的酸、堿度的pH測量儀；用作光探測器，進行光強度測量的PIN光電二極管。其中，有源傳感器需要一個外部激勵源(電壓或電流)，而無源傳感器則不需要激勵，本身就可以產生電壓。常見的有源傳感器包括RTD、熱敏電阻和應力計，而熱電偶和PIN則屬于無源傳感器。為了確定放大器與傳感器進行接口時，究竟需要哪些標準，設計師必須考慮如下所示的傳感器主要特性：
（1）輸入阻抗
·輸入阻抗的高端值必須大于100kΩ。
·輸入阻抗的低端值必須少於100Ω。
（2）輸出信號電平
·高端信號電平必須大于500mV（滿量程）。
·低端信號電平必須少於100mV（滿量程）。
（3）動態范圍
表示信號的大小，在該范圍內，傳感器的激勵能夠產生一個可測量的輸出信號。動態范圍的大小取決于所使用的傳感器的類型。

B. 放大器的角色

除了提供直流信號增益之外，放大器還將傳感器的輸入信號在發送給ADC之前，預先進行緩沖和按比例縮放，以便妥當地轉換為數字信號。放大器有兩個主要職責，一是按照傳感器的特點，為其提供一個適當的接口，另一個是根據特征負載的大小，與ADC進行接口。其它職責包括：放大器和ADC之間的布線距離、電容性負載效應，以及ADC的輸入阻抗。

當選擇與傳感器進行適當接口的放大器的時候，設計師一定要使傳感器的特性與放大器相互匹配。為了使“放大器-傳感器”組合能夠很好地工作，首先明確放大器的某些性能比所有性能更重要。也就是說，在各種不同類型的放大器之中進行折衷的時候，應該首先考慮放大器的這些性能。

舉例來說，一個pH電極就是一個高阻抗傳感器，這樣，放大器的輸入偏置電流就是一個高優先權的考慮要素(在表1中表示為H)。pH傳感器提供的信號絕對不允許產生任何可感知的電流，因此放大器一定是這種類型的，即它在動作的時候不需要大的輸入偏置電流。其中，具有低輸入偏置電流的高阻抗MOS-輸入放大器是最佳選擇，可以滿足這方面的需求。

另一方面，增益-帶寬產品(GBP)則是一個低優先權的考慮(在表1中表示為L)，這不僅因為傳感器通常工作于低頻環境，而且放大器的頻率效應也不應該妨礙傳感器信號波形的真實再現。

C. 使傳感器和放大器相匹配

一個高阻抗的pH傳感器可與一個具有低功率供電電路的放大器配合使用，該電路僅需要兩個1.5V的電池來供電。其中，放大器采用MOS-輸入晶體管，以便為輸出阻抗可能是1MΩ或更大的傳感器提供一個很高的阻抗。該放大器的輸入偏置電流不到0.1pA，因此其動作時需要的電流非常小。放大器的偏移電壓在1mV之下。該放大器提供了一個軌-對-軌(rail-to-rail)操作，具有出色的驅動能力——如果放大器和ADC之間相距較大的距離，也能夠通過線路將信號發送到較遠的距離。有趣的是，該線路還附加有一個精密溫度傳感器，以便對pH傳感器的溫度進行精確控制。這樣，就可以得到pH測試過程中正確的溫度補償值。

對普通用途的傳感器，例如應力計的測量可以采用電橋網絡，應力計形成電橋的兩(或四)的臂。應力計是一個低輸入阻抗的器件，輸出信號很小，為幾百微伏到幾毫伏之間。

D. 最后階段：AD轉換

信號調整系統的最終目的是以盡可能快、盡可能完全和盡可能便宜的方式，將來自模擬傳感器的數據，轉換為數字形式，剩下的工作就落到ADC身上。

ADC類型的選擇取決于許多因素，如必須的分辨率(比特數目)、速度(數據吞吐量)、交流或直流信號輸入、準確性(直流和交流)、等待時間（開始調用數據和實際開始傳送數據之間的時間間隔和電源電壓大小）。在輸出端，即ADC與微控制器或數字信號處理器之間的接口，也有—些非常重要的考慮因素，包括串性還是并行、處理器允許的輸入電壓的大小、現有電源電壓的大小，以及功耗等。

大部分信號調整應用都采用逐次逼近寄存器(SAR)或整合型ADC。這兩種類型的ADC都能夠很好地處理直流信號，特別是，SAR單元還能夠為快速交流信號提供更好的支持。在所有類型的ADC中，SAR轉換器是多用途的，因為它兼具高分辨率(達16bit)和高數據吞吐量。

由于采用的轉換方法不同，整合型ADC的運行時間較長，但是依然具有明顯的優勢，那就是降噪性能特別好。對於適度頻率的交流信號來說，delta-sigma型轉換器是最好的。對于這類輸入信號，delta-sigma型轉換器具有很高的分辨率和準確度，高達24bit，但是這些好處卻是以降低速度的昂貴代價換來的，因此等待時間非常長。

其它兩種型號的ADC——管線型（pipelined）和次分區（subranging）屬于高速器件，能夠滿足對頻率非常高的交流信號的轉換需求。

進一步信息，請訪問http://www.national.com/support/techdoclib.html.