摘 要： 介绍了一般数据采集系统的拓扑结构，针对微弱信号的特点，从信号传输、滤波、放大调理和模/数转换等方面进行了全面分析，通过对数据采集系统的拓扑进行改进和优化设计，分析计算相关的误差，提供了解决微弱信号采集的完整方案，试验验证该方案可以获得高精度的数据采集结果。

　　关键词： 微弱信号采集； 热电偶； 数据采集； 仪表放大器

　　中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）09?0071?03

　　微弱信号是由测量各种物理量的传感器产生的电压或电流信号，这些信号的幅度一般都非常小，比如测量温度的热电耦传感器在整个工作范围内输出电压在几个到几十个毫伏之间，测量电流的温度传感器在整个工作范围内输出电流在200～300 μA之间[1?3]，这么微弱的信号采用通常的数据采集电路设计，往往难以保证采集的精度，甚至出现数据错误。本文针对某系统微弱信号的特点，探索采用新的电路拓扑结构，通过对微弱信号的传输、滤波、放大调理和模/数转换等电路的优化设计和分析计算，实现对微弱信号的高精度采集。

　　1 系统采集要求

　　某数据采集系统使用的热电偶传感器的测量温度范围一般是-200～1 500 ℃，对应输出电压为-5～45 mV，灵敏度是40 μV/℃；电流输出型温度传感器的测量温度范围是-50～150 ℃，对应输出电流为223～423 μA，灵敏度[4]是1 μA/℃。

　　数据采集系统的要求是：电压分辨率达到40 μV，电流分辨率达到1 μA，误差不大于0.1%，信号数量是9路热电偶信号和1路电流型温度传感器信号，采集频率20 Hz，数据采集系统工作温度范围为-55～125 ℃。由于传感器所处的环境比较恶劣，微弱信号在传输中常常会受到各种电磁干扰。

　　2 数据采集系统拓扑结构

　　一般的数据采集系统的拓扑结构[5]如图1所示。主要包括低通滤波电路、放大调理电路、多路选择电路、采样保持电路、模/数转换电路和处理器电路等，但是，如果对微弱信号的采集仍然使用这样的拓扑结构的话，那么，对一般精度要求的数据采集系统可以忽略的问题，在微弱信号数据采集系统将成为制约精度提高的瓶颈，这些问题主要包括共模干扰和差模干扰产生的误差，运放工作电源中的高频干扰产生的误差，放大电路的失调误差和温漂误差，数据采集电路的加载效应引起的误差等[6]。