測控電子線路 第6章_信號轉(zhuǎn)換電路

1、作用：實(shí)現(xiàn)各種信號轉(zhuǎn)換，如作用：實(shí)現(xiàn)各種信號轉(zhuǎn)換，如S/H、V/f、V/I、A/D。 6.1 模擬開關(guān)模擬開關(guān) 6.2 采樣保持電路采樣保持電路 6.3 電壓比較電路電壓比較電路 6.4 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 6.5 電壓電流轉(zhuǎn)換電路電壓電流轉(zhuǎn)換電路 6.6 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路從信息形態(tài)變化的觀點(diǎn)將各種轉(zhuǎn)換分為三種：從信息形態(tài)變化的觀點(diǎn)將各種轉(zhuǎn)換分為三種：（1）從自然界物理量到電信號的轉(zhuǎn)換）從自然界物理量到電信號的轉(zhuǎn)換 傳感器傳感器（2）電信號之間的轉(zhuǎn)換）電信號之間的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路（3）從電信號到物理量的轉(zhuǎn)換）從電信號到物理量的轉(zhuǎn)換 靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定 主要參數(shù)

2、主要參數(shù)導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻Ron：開關(guān)閉合時(shí)的電阻；：開關(guān)閉合時(shí)的電阻；截止電阻截止電阻Roff：開關(guān)關(guān)斷時(shí)的電阻，主要開關(guān)關(guān)斷時(shí)的電阻，主要由漏電引起由漏電引起；延遲時(shí)間：控制信號改變時(shí)對應(yīng)產(chǎn)生的輸出延遲時(shí)間。延遲時(shí)間：控制信號改變時(shí)對應(yīng)產(chǎn)生的輸出延遲時(shí)間。 開關(guān)電路類型開關(guān)電路類型增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFFT開關(guān)電路：開關(guān)電路：N溝道增強(qiáng)型和溝道增強(qiáng)型和CMOS 型；型；集成模擬開關(guān)電路：在同一芯片上集成多個(gè)集成模擬開關(guān)電路：在同一芯片上集成多個(gè)CMOS開關(guān)；開關(guān)；多路模擬開關(guān)電路：由地址譯碼器和多路模擬開關(guān)組成。多路模擬開關(guān)電路：由地址譯碼器和多路模擬開關(guān)組成。 作用：作用：采集某一瞬間的模擬

3、輸入信號，根據(jù)需要保持并采集某一瞬間的模擬輸入信號，根據(jù)需要保持并 輸出此電壓值。輸出此電壓值。 采樣狀態(tài)：采樣狀態(tài)：電路輸出信號穩(wěn)定地跟蹤模擬輸入信號。電路輸出信號穩(wěn)定地跟蹤模擬輸入信號。 保持狀態(tài)：保持狀態(tài)：電路輸出信號保持采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)值。電路輸出信號保持采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)值。 用途：用途：主要用于快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要用于快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 捕捉時(shí)間長，電路的跟蹤特性差，關(guān)斷時(shí)間長，捕捉時(shí)間長，電路的跟蹤特性差，關(guān)斷時(shí)間長，電路的保持特性不好，它們限制了電路的工作速度。電路的保持特性不好，它們限制了電路的工作速度。 捕捉時(shí)間：捕捉時(shí)間：從發(fā)出采樣指令的時(shí)刻起，直到輸出信號穩(wěn)從發(fā)出采

4、樣指令的時(shí)刻起，直到輸出信號穩(wěn) 定地跟蹤上輸入信號為止所需的時(shí)間。定地跟蹤上輸入信號為止所需的時(shí)間。 關(guān)斷時(shí)間：關(guān)斷時(shí)間：從發(fā)出保持指令的時(shí)刻起，直到輸出信號穩(wěn)從發(fā)出保持指令的時(shí)刻起，直到輸出信號穩(wěn) 定下來為止所需的時(shí)間。定下來為止所需的時(shí)間?；窘M成：基本組成： 1. 模擬開關(guān)模擬開關(guān) 2. 存儲電容存儲電容 3. 緩沖放大器緩沖放大器 當(dāng)當(dāng)Uc=“1”時(shí)，時(shí)，S接通，接通，ui向向C充電，輸出跟蹤模擬輸入充電，輸出跟蹤模擬輸入信號變化信號變化采樣階段采樣階段(uo=uc=ui)。- -+ +N1+ +- -+ +N2+ +uiuoUcCSuc 當(dāng)當(dāng)Uc=“0”時(shí)，時(shí)，S斷開，斷開，uo保持

5、保持S斷開瞬間的輸入信號值斷開瞬間的輸入信號值保持狀態(tài)保持狀態(tài)(uo保持保持uc值值)。采樣定理：采樣定理：采樣頻率采樣頻率fs 2 fmax 采樣間隔采樣間隔Ts 1/ 2 fmax通常取通常取fs = (710) fmax 對采樣保持電路的主要要求：對采樣保持電路的主要要求：精度和速度精度和速度 為提高實(shí)際電路的精度和速度，可從為提高實(shí)際電路的精度和速度，可從元件元件和和電路電路兩方兩方面著手解決。面著手解決。 a) O t Ts ui ,uo O t uo f(t) fs(t) ui,uouoTsttOOui采樣采樣保持保持 模擬開關(guān)模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電要求模擬開關(guān)的

6、導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。流小，極間電容小和切換速度快。 存儲電容存儲電容：要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電阻大的電容。阻大的電容。 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運(yùn)算放大器，輸入轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運(yùn)算放大器，輸入運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。 將運(yùn)放、將運(yùn)放、NMOS管模擬開關(guān)管模擬開關(guān)S和與門控制電路和與門控制電路DG集成在一集成在一塊芯片上塊芯片上(AD582)，其輸出，其輸出uo送入送入AD571的輸入端，而的輸入端，而AD571的狀態(tài)輸出

7、端與的狀態(tài)輸出端與AD582的控制端相連。由的控制端相連。由AD571的輸出狀態(tài)的輸出狀態(tài)來控制來控制AD582開關(guān)開關(guān)S的斷和通，使的斷和通，使AD582處于保持處于保持/采樣狀態(tài)。采樣狀態(tài)。2f11RKR 比較器用通用運(yùn)算放大器和專用集成比較器的區(qū)別？比較器用通用運(yùn)算放大器和專用集成比較器的區(qū)別？ （1）比較器的一個(gè)重要指標(biāo)是它的）比較器的一個(gè)重要指標(biāo)是它的響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間，它一般，它一般低于低于10-20ns。響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間與放大器的與放大器的上升速率上升速率和和增益增益-帶寬積帶寬積有關(guān)。因此，必須選用這兩項(xiàng)指標(biāo)都高的運(yùn)算放大器作比有關(guān)。因此，必須選用這兩項(xiàng)指標(biāo)都高的運(yùn)算放大器作比較

8、器，并在應(yīng)用中減小甚至不用相位補(bǔ)償電容，以便充分較器，并在應(yīng)用中減小甚至不用相位補(bǔ)償電容，以便充分利用通用運(yùn)算放大器本身的帶寬來提高響應(yīng)速度。利用通用運(yùn)算放大器本身的帶寬來提高響應(yīng)速度。 （2）當(dāng)在比較器后面連接數(shù)字電路時(shí)，專用集成比較）當(dāng)在比較器后面連接數(shù)字電路時(shí)，專用集成比較器無需添加任何元器件，就可以直接連接，但對通用運(yùn)算器無需添加任何元器件，就可以直接連接，但對通用運(yùn)算放大器而言，必須對輸出電壓采取嵌位措施，使它的高、放大器而言，必須對輸出電壓采取嵌位措施，使它的高、低輸出電位滿足數(shù)字電路邏輯電平的要求。低輸出電位滿足數(shù)字電路邏輯電平的要求。 作用：鑒別和比較兩個(gè)模擬輸入電壓的大小。作

9、用：鑒別和比較兩個(gè)模擬輸入電壓的大小。 當(dāng)當(dāng)uiUR時(shí)，時(shí)，Uo為低電平為低電平“0”； 當(dāng)當(dāng)ui=UR時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。 Uo=UR-ui 在高低電平變化瞬間，可在高低電平變化瞬間，可 用用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”進(jìn)行分析，進(jìn)行分析， 是模擬電路與數(shù)字電路之間聯(lián)是模擬電路與數(shù)字電路之間聯(lián) 系的橋梁。系的橋梁。-1-1+1+1uiUR#UoUouiuiURoUR UouiuiURoUR 當(dāng)當(dāng)uiUR時(shí)，時(shí)，Uo為低電平為低電平“0”；當(dāng)當(dāng)ui=UR時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。 Uo=UR-ui 當(dāng)當(dāng)UR=0時(shí)為過零比較器，時(shí)為過零比較器，又稱鑒零器。如正弦波經(jīng)過鑒又稱鑒零

10、器。如正弦波經(jīng)過鑒零器后變?yōu)榉讲?。零器后變?yōu)榉讲ā?1-1+1+1uiUR#Uo 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：門限電平可變門限電平可變 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：振鈴現(xiàn)象振鈴現(xiàn)象1R2RUUR 當(dāng)當(dāng)uiUR時(shí)，時(shí)，Uo為低電平為低電平“0”；當(dāng)當(dāng)ui=UR時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。 由于干擾信號由于干擾信號un的作的作用，當(dāng)用，當(dāng)ui+un=UR時(shí)就產(chǎn)生時(shí)就產(chǎn)生誤翻轉(zhuǎn)，即誤翻轉(zhuǎn)，即“振鈴振鈴”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。- -+ + +uiUoU R1R2R UR ui un M N P Q Uo unURuiUoUouioU1 U2 設(shè)輸出高低電平分別為設(shè)輸出高低電平分別為UoH、UoL，則兩個(gè)門限電平分別為：，則兩個(gè)門限電平分別

11、為：122RoH1212RRUUURRRR121RoL1212RRUUURRRR滯后電平：滯后電平：221oHoLn12()RUUUUUuRR Uo-1-1+1+1uiUR#R1R2R 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1或或R2可調(diào)節(jié)滯后電平，使可調(diào)節(jié)滯后電平，使 稍大于預(yù)計(jì)的干稍大于預(yù)計(jì)的干擾信號擾信號un，可消除，可消除“振鈴振鈴”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。uiU2時(shí)時(shí)Uo=UoL，U1uiU2時(shí)不翻轉(zhuǎn)。常作為整形電路。時(shí)不翻轉(zhuǎn)。常作為整形電路。U 當(dāng)當(dāng)uiUR2時(shí)，時(shí)，Uo1=“1”，Uo2=“0”，則，則Uo=“1”；當(dāng)當(dāng)UR2uiUR1時(shí)，時(shí)，Uo1=“0”，Uo2=“1”，則，則Uo=“1”。Uo-1-1+1+1ui

12、E#R1R2RP-1-1+1+1#VS&Uo1Uo2UR1UR2N1N2UZ判斷判斷ui是否在兩個(gè)電平之間。兩個(gè)門限電平分別為：是否在兩個(gè)電平之間。兩個(gè)門限電平分別為：R2zR1UEUU PR1zR2R21PRUUUURR 窗口寬度：窗口寬度：R1R2zUUUKU UouioUR2 UR1 U “1” “0” 定義：定義： V/ f (電壓電壓/頻率頻率)轉(zhuǎn)換器能把轉(zhuǎn)換器能把輸入信號電壓輸入信號電壓轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的成相應(yīng)的頻率信號頻率信號，即它的輸出信號頻率與輸入信號，即它的輸出信號頻率與輸入信號 電壓值成比例，故又稱為壓控振蕩器電壓值成比例，故又稱為壓控振蕩器(VCO)。 應(yīng)用：應(yīng)

13、用：在調(diào)頻、調(diào)相和在調(diào)頻、調(diào)相和A/D變換等許多技術(shù)領(lǐng)域得到變換等許多技術(shù)領(lǐng)域得到 非常廣泛的應(yīng)用非常廣泛的應(yīng)用。 指標(biāo)：指標(biāo)：額定工作頻率和動態(tài)范圍，靈敏度或變換系數(shù)，額定工作頻率和動態(tài)范圍，靈敏度或變換系數(shù)， 非線性誤差，靈敏度誤差和溫度系數(shù)等。非線性誤差，靈敏度誤差和溫度系數(shù)等。N1R1C 反相反相積分器；積分器；N2R5R8 滯回比較器滯回比較器；V 積分復(fù)位開關(guān)；積分復(fù)位開關(guān)；Vs1 穩(wěn)定門限電平穩(wěn)定門限電平；Vs2Vs3 限制輸出電壓限制輸出電壓(限幅限幅)。滯回比較器滯回比較器N2同相輸入端的兩個(gè)同相輸入端的兩個(gè)負(fù)門限電平負(fù)門限電平分別為：分別為：67p1z67670RRuUUU

14、RRRR uo=+UZ時(shí)，時(shí)，67p2z167670RRuUUUURRRR uo=- -UZ時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)ui=0時(shí)，時(shí)，uc=0，uo=- -Uz，V截止，則門限電平為：截止，則門限電平為：Up=U2 ucU2時(shí)，時(shí)，uo=Uz，V導(dǎo)通，導(dǎo)通，C通過通過R3放電，放電，uc增大，同增大，同時(shí)時(shí)up=U1(突變突變) 放電過程，放電時(shí)間為放電過程，放電時(shí)間為T2當(dāng)當(dāng)ui0時(shí)，分兩種情況：時(shí)，分兩種情況：211223ce122()UUUUTCRrCIUU 常數(shù)常數(shù) (非線性項(xiàng)非線性項(xiàng)) ucU1時(shí)，時(shí)，uo=- -Uz，V截止，截止，C通過通過R1充電，充電，uc減小，同減小，同時(shí)時(shí)up=U2 (

15、突變突變) 充電過程，充電時(shí)間為充電過程，充電時(shí)間為T1121121i()UUR CTTTTu 1121i()R C UUTu (線性項(xiàng)線性項(xiàng))i0i1121()ufuTR C UU ttooucuot0t1N1RC 反相反相積分器；積分器；N2 過零比較過零比較器；器；Is 恒流源發(fā)生恒流源發(fā)生器；器；單穩(wěn)單穩(wěn) 產(chǎn)生產(chǎn)生窄脈沖。窄脈沖。 當(dāng)當(dāng)uo=“0”時(shí)，時(shí)，S斷開，斷開，i 向向C充電，充電時(shí)間為充電，充電時(shí)間為t1，充，充電電荷為：電電荷為：Q1= i t1； 當(dāng)當(dāng)uo=“1”時(shí)，時(shí)，S接通，接通，C放電，放電時(shí)間為放電，放電時(shí)間為t0，放電荷為：，放電荷為：Q0 = ( Is-i )

16、 t0。根據(jù)電荷平衡原理有：根據(jù)電荷平衡原理有：1s0()/tIi tiii01s 0s 011+ufiuttI tI t R is0uIi ，設(shè)設(shè) 當(dāng)當(dāng)uiu6時(shí)，比較器輸出高電平，時(shí)，比較器輸出高電平，Q=“1”，V2導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則Uo=UoL0，同時(shí)，同時(shí)S閉合閉合(接接1)，CL充電，充電，u6增大，增大，Ct充電，充電，u5增大，充電時(shí)間增大，充電時(shí)間t0，充電電荷：，充電電荷：Qx=Is t0=1.9t0/Rs，t01.1RtCt； 當(dāng)當(dāng)uiu6，且，且u52U/3時(shí)，單穩(wěn)輸出時(shí)，單穩(wěn)輸出Q=“0”，V2截止，截止，則則Uo=UoHE，同時(shí)，同時(shí)S斷開斷開(接地接地)，CL通過通

17、過RL放電，放電，u6減減小，小，Ct通過芯片內(nèi)放電管通過芯片內(nèi)放電管V3放電到零，放電時(shí)間放電到零，放電時(shí)間t1，放電，放電電荷為：電荷為：QR=iLt1 iLT uiT/RL。根據(jù)電荷平衡原理有：根據(jù)電荷平衡原理有：s0iittL12.09RfuuTR C R 組成：滯回比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和低通濾波器。組成：滯回比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和低通濾波器。N1R3R4 滯回比較器，輸出方波信號滯回比較器，輸出方波信號u1(u1與與ui同頻同頻)；N2R1R2V1V2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使u2占空比隨占空比隨fi 升高而增大升高而增大；N3R12C2 低通濾波器，對低通濾波器，對u2求平

18、均求平均。 u1為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，uN0，N2翻轉(zhuǎn)輸出低電平，翻轉(zhuǎn)輸出低電平，V1V2截止，此時(shí)截止，此時(shí)u2為高電平，即為高電平，即u2=Um，C充電使充電使up增大增大，當(dāng)當(dāng)up上升到上升到UH時(shí)，使時(shí)，使N2再次翻轉(zhuǎn)再次翻轉(zhuǎn)“復(fù)位復(fù)位”，單穩(wěn)過程結(jié)束。，單穩(wěn)過程結(jié)束。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，多用于脈沖波形的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，多用于脈沖波形的整形、延時(shí)和定時(shí)。對于幅度和寬度都不規(guī)則的脈沖信號，整形、延時(shí)和定時(shí)。對于幅度和寬度都不規(guī)則的脈沖信號，只要脈沖的幅度大于單穩(wěn)的觸發(fā)電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將只要脈沖的幅度大于單穩(wěn)的觸發(fā)電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可將不規(guī)則的脈沖波

19、形變成幅度和寬度都相同的脈沖波形。不規(guī)則的脈沖波形變成幅度和寬度都相同的脈沖波形。o2wmiiuuT Uff 低通濾波器輸出：低通濾波器輸出：要求：要求： ， ，RUUURR27120.9 RUUURR2223 u21.9V 當(dāng)當(dāng)ui無負(fù)脈沖輸入時(shí)，無負(fù)脈沖輸入時(shí)，u6Uu7，U1=“0”，Q=“1”，此，此時(shí)時(shí)S接地，接地，V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，u5=uct=0，U2=“0”； 當(dāng)當(dāng)ui有負(fù)脈沖輸入時(shí)，有負(fù)脈沖輸入時(shí)，u6u7，U1=“0”，Q=“1”，S接地，接地，CL通過通過RL放電，同時(shí)放電，同時(shí)V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，Ct經(jīng)經(jīng)V2放電，放電，使使u5=uct=0，U2=“0”。放電時(shí)間。放電時(shí)間t

20、2，放電電荷，放電電荷QR=iLt2uoTi/RL。根據(jù)電荷平衡原理有：根據(jù)電荷平衡原理有：Lttoiis2.09R R CuffR 作用：作用：減小傳輸導(dǎo)線阻抗對信號的影響。減小傳輸導(dǎo)線阻抗對信號的影響。1. 反相輸入型反相輸入型uo- -+ +N+ +iS RSR2R1i uiiRoS1 o1S1SuiRi Ri 要求要求: （1）電流源內(nèi)阻）電流源內(nèi)阻RS很大，減小輸入失調(diào)電壓影響；很大，減小輸入失調(diào)電壓影響； （2）iSIb運(yùn)放的輸入偏置電流。運(yùn)放的輸入偏置電流。* * 2. 同相輸入型同相輸入型uiRi1 22oib33(1)RRuuUiRR 要求要求： R4=R2/R3（R2和和R

21、3由由i與與uo的范圍確定）的范圍確定）uo- -+ +N+ +UbR3R1i R4R2ui 例例： 420mA 010V(作業(yè)作業(yè)) 取取R1=250，i = 420mA ui=15Vuo=010VRRURR22b33(1) 10 RRURR22b33(1) 510 RR2332 Ub5V3 R320kR230kRRR423/ /12k ， ， ， ， 例例：420mA 05V uN=uP=iSRoNNff15uuuUuRRR Nfffof155(1)RRRui RURRR Suo- -+ +N+ +RR1iS R6R2+15VCuPuNR4R5R3RPRfVSUf200R 118kR 54

22、3kR 取取 ， ， ，f7.14kR 調(diào)調(diào)RP使使Uf=7.53V，則，則uo=312.5426iS- -1.250 05V 要求要求：R3RL R4R7+RL31NioL1313RRuui RRRRR 42Pbo7L2424()RRuUiRRRRRR 取取R1=R2，R3=R4，uNuP，則，則34oibibi1727()()RRiuUuUuR RR R V1- -+ +N+ +uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLiooi/1000iu 例例：010V 010mA取取 R1=R2=100k， R3=R4=20k， R7=200， Ub=0，則，則oi2(2.5)1250

23、iu 例例：010V 420mA取取 R1=R2=100k，R3=R4=20k， R7=125，Ub=-2.5V，則，則V1- -+ +N+ +uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio 分辨率：分辨率：對應(yīng)一個(gè)數(shù)字輸出的模擬輸入電壓有一定的幅對應(yīng)一個(gè)數(shù)字輸出的模擬輸入電壓有一定的幅 度范圍，若超過這個(gè)幅度范圍，數(shù)字輸出就會度范圍，若超過這個(gè)幅度范圍，數(shù)字輸出就會 發(fā)生變化，能分辨的輸入模擬電壓的最小變化發(fā)生變化，能分辨的輸入模擬電壓的最小變化 量叫做分辨率。通常用一個(gè)單位分辨率量叫做分辨率。通常用一個(gè)單位分辨率(LSB) 或輸出二進(jìn)制位數(shù)來表示?；蜉敵龆M(jìn)制位數(shù)來表示。 量

24、化和量化誤差：量化和量化誤差：將幅度連續(xù)取值的模擬信號變?yōu)橹荒軐⒎冗B續(xù)取值的模擬信號變?yōu)橹荒?取有限個(gè)某一最小當(dāng)量的整數(shù)倍數(shù)值的過程稱取有限個(gè)某一最小當(dāng)量的整數(shù)倍數(shù)值的過程稱 為量化。通過量化將連續(xù)量轉(zhuǎn)換成離散量，必為量化。通過量化將連續(xù)量轉(zhuǎn)換成離散量，必 然存在類似于四舍五入產(chǎn)生的誤差，最大誤差然存在類似于四舍五入產(chǎn)生的誤差，最大誤差 可達(dá)到可達(dá)到1LSB的的1/2。此誤差叫做量化誤差。此誤差叫做量化誤差。 轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：實(shí)際實(shí)際ADC在量化值上與理想在量化值上與理想ADC量化值的量化值的 差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。由于差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。由于 實(shí)際實(shí)際ADC的

25、量化值除了含有量化誤差外，還的量化值除了含有量化誤差外，還 有非線性誤差、使用元件和噪聲等產(chǎn)生誤差。有非線性誤差、使用元件和噪聲等產(chǎn)生誤差。 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn) 換時(shí)間的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換速率常用采樣速率表示，換時(shí)間的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換速率常用采樣速率表示， 采樣速率是采樣時(shí)間的倒數(shù)。采樣速率是采樣時(shí)間的倒數(shù)。* * A/D轉(zhuǎn)換的三個(gè)階段：采樣、量化和編碼轉(zhuǎn)換的三個(gè)階段：采樣、量化和編碼 采樣：采樣：在時(shí)間上離散，用模擬信號與脈沖序列相乘實(shí)現(xiàn)。在時(shí)間上離散，用模擬信號與脈沖序列相乘實(shí)現(xiàn)。 量化：量化：在幅值上離散，利用四舍五入規(guī)則，

26、用有限個(gè)量在幅值上離散，利用四舍五入規(guī)則，用有限個(gè)量 化值來代替采樣值，量化值與采樣值之差稱為量化值來代替采樣值，量化值與采樣值之差稱為量 化誤差，最大量化誤差化誤差，最大量化誤差=LSB/2。R12niiiiUUd 編碼：編碼：編碼與量化同時(shí)完成，通常用二進(jìn)制碼表示，即編碼與量化同時(shí)完成，通常用二進(jìn)制碼表示，即1. 雙積分式雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 采樣階段采樣階段T1：在在T1時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，Ui通過通過R向向C 充電，計(jì)數(shù)器充電，計(jì)數(shù)器同時(shí)對時(shí)鐘脈沖開始同時(shí)對時(shí)鐘脈沖開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為N1。采樣階段結(jié)束，計(jì)數(shù)采樣階段結(jié)束，計(jì)數(shù)器清零，積分器輸出：器清零，積分器輸出： 1C

27、1iiav 1011()TUTU dtUTRCRC T1=N1TC1雙積分式雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2C2C1Riav 1R 20111()()()0TUTUTUdtUTU TRCRCRC 比較階段比較階段T2：在在T2時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，UR或或(-UR)使使積分器反相積分積分器反相積分(UR與與Ui極極性相反性相反)，同時(shí)計(jì)數(shù)器重新，同時(shí)計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為N2。比較。比較階段結(jié)束，此積分器輸出：階段結(jié)束，此積分器輸出： UCUi1Ui2oT1T2T2把把T1=N1TC，T2=N2TC代入上式得：代入上式得：12iaviavRNNUUU 計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)

28、N2表示被測電壓表示被測電壓Ui在在T1時(shí)間內(nèi)的時(shí)間內(nèi)的平均值平均值Uiav，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。速度慢，抗干擾能力強(qiáng)。速度慢，抗干擾能力強(qiáng)。2. 逐次逼近式逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 從高位到低位，逐位比較。把比較位置從高位到低位，逐位比較。把比較位置1，其它位置，其它位置0，將數(shù)字代碼經(jīng)將數(shù)字代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓US，用，用US與模擬輸與模擬輸入電壓入電壓Ui比較，若比較，若USUi該位置該位置0，若，若US fs，取，取 f s1= 256 fs 過采樣；過采樣； 量化：量化：階梯信號階梯信號x1(t)x(t)，逼近誤差，逼近誤差e(t)=x

29、(t)-x1(t)很??；很?。?編碼：編碼：x1(t)上升一個(gè)上升一個(gè)時(shí)，時(shí)，y1(n)=1；x1(t)下降一個(gè)下降一個(gè)時(shí)，時(shí)， y1(n)=0；x1(t) 不變時(shí)，不變時(shí)， 沒有沒有y1(n)脈沖。脈沖。 y1(n)=x(t)-de(t)/dt 1位數(shù)碼數(shù)字信號位數(shù)碼數(shù)字信號(量化編碼量化編碼)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度和分辨率都高速度和分辨率都高(24位位)，但價(jià)格高。，但價(jià)格高。 -調(diào)制器調(diào)制器數(shù)字抽取數(shù)字抽取 濾波器濾波器模擬輸入模擬輸入x(t)y1(n)1位位y(n)N位位1234t3t5t7ttx(t)x1(t)9toy1(n)to000111111 數(shù)據(jù)抽取濾波器：數(shù)據(jù)抽取濾波器：濾掉采樣頻率以上的頻率分量，防止濾掉采樣頻率以上的