山大數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件第11章數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換第2節(jié) 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器

1、第二節(jié) 模-數(shù)轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理 取樣-保持電路 并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度 反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器 V- F變換型A/D轉(zhuǎn)換器下頁總目錄推出1下頁返回上頁1. 取樣定理一、 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理對輸入模擬信號的取樣模擬信號取樣信號取樣信號必須有足夠高的頻率取樣頻率vI最高頻率2下頁返回上頁還原取樣信號所用濾波器的頻率特性滿足取樣定理?xiàng)l件下，可用低通濾波器將取樣信號還原為輸入模擬信號。3下頁返回上頁2. 量化和編碼量化： 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，取樣電壓表示為數(shù)字信號所取的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍,所取最小數(shù)量叫做量化單位，用表示。數(shù)字信號最低有效位的1所代表的

2、數(shù)量大小就等于。編碼：把量化的結(jié)果用代碼表示出來， 這些代碼是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。量化誤差：量化過程引入的誤差。當(dāng)輸入的模擬電壓在正、負(fù)范圍內(nèi)變化時(shí)，一般要求采用二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式編碼。4下頁返回上頁二、取樣-保持電路模擬開關(guān)控制信號vL為高電平時(shí)T導(dǎo)通，取樣。vL返回低電平后T截止，保持。取樣保持電路的基本形式以上電路很不完善，取樣速度受限制。動(dòng)畫5下頁返回上頁集成取樣-保持電路LF398vL為高電平時(shí)S閉合，電路處于取樣工作狀態(tài)。vL返回低電平后S 斷開，電路進(jìn)入保持狀態(tài)。典型接法LF39823876514238765電路結(jié)構(gòu)6下頁上頁返回三、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直

3、接A/D轉(zhuǎn)換器，它能將輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量而不需要經(jīng)過中間變量。圖示電路輸入為0VREF間的模擬電壓，輸出為3位二進(jìn)制數(shù)碼d2d1d0。7下頁上頁返回四、反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器1. 計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前先用復(fù)位信號將計(jì)數(shù)器置零，而且轉(zhuǎn)換控制信號應(yīng)停留在vL=0的狀態(tài)。并行數(shù)字輸出計(jì)數(shù)器輸出寄存器8下頁上頁返回當(dāng)vL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)， vO不斷增加。當(dāng)增至vO = vI時(shí)， vB=0將門封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號。并行數(shù)字輸出計(jì)數(shù)器輸出寄存器這種方案的明顯缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間太長。9下頁上頁返回2. 逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)

4、換器并行數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，所以加給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量也全是0。10下頁上頁返回并行數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換控制信號vL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘信號首先將寄存器的最高位置成1，使寄存器的輸出為10000。這個(gè)數(shù)字量被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓vO，并送到比較器與輸入信號vI進(jìn)行比較。11下頁上頁返回如果vO vI，說明數(shù)字過大了，則這個(gè)1應(yīng)去掉；如果vO vI ，說明數(shù)字還不夠大，這個(gè)1應(yīng)保留。然后，再按同樣的方法將次高位置1，并比較vO與vI的大小以確定這一位的1是否應(yīng)當(dāng)保留。這樣逐位比較下去，直到最低位比較完為止。這時(shí)寄存器里所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換

5、器的轉(zhuǎn)換速度比并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器低，但比計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度要高得多。而且在輸出位數(shù)較多時(shí)，逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模要比并聯(lián)比較型小得多。因此逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器是目前集成A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品中用得最多的一種電路。12下頁上頁返回計(jì)數(shù)器寄存器五、V- F變換型A/D轉(zhuǎn)換器并行數(shù)字輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器計(jì)數(shù)脈沖V-F變換器V-F變換型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖13下頁上頁返回六、A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度單片集成的A/D轉(zhuǎn)換器采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。分辨率：以輸出二進(jìn)制或十進(jìn)制的位數(shù)表示， 說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。轉(zhuǎn)換誤差：通常以輸出誤差最大值的形式給出， 表示實(shí)際輸出的數(shù)字量 和理論上應(yīng)有的輸出數(shù)字量之間的差別。1. A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度14下頁上頁返回A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差懸殊。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快。逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換