數(shù)字電子技術(shù)Dch10-2.ppt

1、,10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程,10.2.2 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,10.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,10.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),10.2 A/D 轉(zhuǎn)換器,10.2.6 集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,1. A/D功能:,A/D轉(zhuǎn)換是將時(shí)間上連續(xù)，幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散，幅值也離散的數(shù)字信號(hào)的過程。它一般要包括取樣， 保持，量化及編碼4個(gè)過程。,A/D轉(zhuǎn)換器概述,將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。,0 5V,00000000 11111111,分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1個(gè)最低有效位,2. A/D轉(zhuǎn)換器分類,

2、 并聯(lián)比較型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時(shí)間 10ns 1s, 硬件代價(jià)最高。, 逐次逼近型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度中,轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾s 100 s, 轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。, 雙積分型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾百s 幾ms,但抗干擾能力最強(qiáng)。,10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程,1. 取樣與保持,取樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的模擬量。,取樣信號(hào)S(t)的頻率愈高，所采得信號(hào)經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。,采樣定理：設(shè)取樣信號(hào)S(t)的頻率為fs，輸入模擬信號(hào)I(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，,則 fs 2fimax(10.

3、2.1) 一般取fs 2fimax。,10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程,1. 取樣與保持,將取樣電路每次取得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個(gè)穩(wěn)定值，所采得的模擬信號(hào)必須通過保持電路保持一段時(shí)間。,取樣與保持過程往往是通過取樣保持電路同時(shí)完成的。,# 為什么需要保持電路？,取樣保持電路工作原理,采樣,保持,AV1AV2= 1 A1 的Ri 高 A2 的Ri 高 A2 的Ro低,對(duì)取樣保持電路的要求：,2. 量化與編碼,將取樣保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上。這一轉(zhuǎn)化過程我們稱為數(shù)值量化，簡稱量化。,編碼就是將量化后的數(shù)值（

4、離散電平）用一個(gè)代碼表示出來的過程。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。,換言之，量化就是把采樣保持的電壓化成某個(gè)最小單位的整數(shù)倍。,量化與編碼的方法,量化就是把采樣保持的電壓化成某個(gè)最小單位的整數(shù)倍。,=1LSB,編碼所采用的代碼一般是二進(jìn)制碼。,量化過程常采用兩種近似量化方式：,只舍不入量化方式 四舍五入的量化方式,量化與編碼的方法,輸入信號(hào),111,110,101,100,011,010,001,000,編碼,0=0 v,7=7/8 v,6=6/8 v,5=5/8 v,4=4/8 v,3=3/8 v,2=2/8 v,1=1/8 v,模擬電平值,111,110,101,100,

5、011,010,001,000,0=0 v,1=2/15 v,2=4/15 v,3=6/15 v,4=8/15 v,5=10/15 v,6=12/15 v,7=14/15 v,只舍不入量化方式,四舍五入的量化方式,# 兩種量化方式的量化單位各為多少？,# 量化時(shí)，是否會(huì)帶來誤差？量化誤差各為多少？,量化與編碼的方法,量化過程中所取最小數(shù)量單位稱為量化單位用表示。它是數(shù)字信號(hào)最低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即1LSB。,在量化過程中由于取樣電壓不一定能被整除，所以量化前后不可避免地存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用表示。,量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間

6、的差值越小，量化誤差越小。,只舍不入量化方式:量化中把不足1個(gè)量化單位的部分舍棄；最大量化誤差為：,四舍五入的量化方式:量化過程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄，對(duì)于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。其最大量化誤差為：,量化與編碼的方法,輸入信號(hào),111,110,101,100,011,010,001,000,編碼,0=0 v,7=7/8 v,6=6/8 v,5=5/8 v,4=4/8 v,3=3/8 v,2=2/8 v,1=1/8 v,模擬電平值,111,110,101,100,011,010,001,000,0=0 v,1=2/15 v,2=4/15 v,3=6/15 v,4=8/1

7、5 v,5=10/15 v,6=12/15 v,7=14/15 v,只舍不入量化方式,四舍五入的量化方式？,最小量化單位：,最大量化誤差：,1/8V,1/15V,=1LSB=,1/8 V,=1LSB=,2/15 V,10.2.2 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）,精密參考電壓,電壓比較器,D觸發(fā)器,輸入模擬電壓,13VREF/15,11VREF/15,9VREF/15,7VREF/15,5VREF/15,3VREF/15,VREF/15,vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0,7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1

8、 1 1 1 0 0,9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1,3VREF /15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0,11VREF/15 vI 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,13VREF/15 vI VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,表10.2.1 3

9、位并行A/D轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系對(duì)照表,根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。,并行A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：,在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓I同時(shí)加到所有比較器的輸入端，從I加入到三位數(shù)字量穩(wěn)定輸出所經(jīng)歷的時(shí)間為比較器、D觸發(fā)器和編碼器延遲時(shí)間之和。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與I輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。所以它具有最短的轉(zhuǎn)換時(shí)間。,缺點(diǎn)是所需比較器數(shù)目多，位數(shù)越多矛盾越突出。,為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級(jí)并行轉(zhuǎn)換的方法。,單片集成并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如A

10、D公司的AD9012 (TTL工藝8位)、AD9002 (ECL工藝，8位)、AD9020 (TTL工藝，10位)等。,分級(jí)并行轉(zhuǎn)換10位A/D轉(zhuǎn)換器,工作原理自學(xué)。,2. 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx = 13克，可以用下表步驟來秤量：,1.轉(zhuǎn)換精度,10.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),單片集成A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。,分辨率:,說明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。通常以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)表示。,轉(zhuǎn)換誤差：,表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以輸出誤差的最大值形式給出，常用最低有效位的倍數(shù)表示。,10.2.5 A