模數(shù)轉(zhuǎn)換器ppt

1、一、一、A/D轉(zhuǎn)換的過程轉(zhuǎn)換的過程 要把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量一般要經(jīng)過四個步驟，分別要把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量一般要經(jīng)過四個步驟，分別稱為稱為采樣、保持、量化、編碼采樣、保持、量化、編碼。7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理http:/ t )t0vI (t)連續(xù)時間信號連續(xù)時間信號7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 采樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號，采樣頻率采樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號，采樣頻率至少應(yīng)是原始信號最高有效頻率的兩倍，即：至少應(yīng)是原始信號最高有效頻率的兩倍，即：fS2fm 模擬信號的頻譜分布模擬信

2、號的頻譜分布 模擬信號的頻譜是從直流（模擬信號的頻譜是從直流（DC）到其最大值）到其最大值fm而分布而分布 。7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理采樣信號的頻譜分布采樣信號的頻譜分布 原信號的頻率成分在其采樣頻率原信號的頻率成分在其采樣頻率fS的整數(shù)倍頻率附的整數(shù)倍頻率附近出現(xiàn)，以近出現(xiàn)，以fS的整數(shù)倍頻率為中心，原信號的頻率成分的整數(shù)倍頻率為中心，原信號的頻率成分轉(zhuǎn)成左右對稱的重復(fù)特性。轉(zhuǎn)成左右對稱的重復(fù)特性。 7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 為了將抽樣信號恢復(fù)成原來的模擬信號，可使用低通為了將抽樣信號恢復(fù)

3、成原來的模擬信號，可使用低通濾波器來實現(xiàn)。濾波器來實現(xiàn)。 當(dāng)當(dāng)fS2fm時，這時以時，這時以fS為中心重復(fù)的為中心重復(fù)的fS/2以下成分，會以下成分，會在原模擬信號的頻帶內(nèi)產(chǎn)生重疊在原模擬信號的頻帶內(nèi)產(chǎn)生重疊。 7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理A/D轉(zhuǎn)換中的轉(zhuǎn)換中的抗混疊濾波器抗混疊濾波器* 如果在原信號成分中含有如果在原信號成分中含有fS/2以上的高頻噪聲，由抽樣以上的高頻噪聲，由抽樣產(chǎn)生的高頻噪聲將與重復(fù)的信號成分重疊。產(chǎn)生的高頻噪聲將與重復(fù)的信號成分重疊。 這種噪聲無法用低通濾波器濾除。這種噪聲無法用低通濾波器濾除。 因此模擬信號在抽樣以前，必

4、須確保沒有因此模擬信號在抽樣以前，必須確保沒有fS/2以上的高以上的高頻噪聲頻噪聲。 采用僅能通過采用僅能通過fS/2以下成分的低通濾波器加以濾除，以下成分的低通濾波器加以濾除，此濾波器常稱此濾波器常稱抗混疊濾波器抗混疊濾波器 7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理2. 保持保持在在t0t1階段，電路處于采樣階段。階段，電路處于采樣階段。在在t1t2階段，電路處于保持階段。階段，電路處于保持階段。7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理保持電路保持電路在高速在高速ADC中的重要作用中的重要作用 在一個不使用采樣在一個不使

5、用采樣/保持器的保持器的A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，假設(shè)輸入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，假設(shè)輸入正弦信號為正弦信號為vI=Asin（2f t），其幅值的變化率為：），其幅值的變化率為：fAtv2ddmaxI 當(dāng)當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為tC，位數(shù)為，位數(shù)為n時，滿足以下關(guān)時，滿足以下關(guān)系則不會產(chǎn)生錯誤的轉(zhuǎn)換輸出：系則不會產(chǎn)生錯誤的轉(zhuǎn)換輸出：nCAfAt222127.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理則信號的最大頻率應(yīng)滿足則信號的最大頻率應(yīng)滿足 Cntf1max21例：例： 一個一個8位位ADC的轉(zhuǎn)換速度為的轉(zhuǎn)換速度為1MSPS，求其能轉(zhuǎn)換輸入，求其能轉(zhuǎn)換輸入信號的

6、最大頻率。信號的最大頻率。Hz622102169maxf7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理2.量化量化和和編碼編碼量化：量化：將采樣將采樣保持后的信號幅值轉(zhuǎn)化成某個最小數(shù)量單保持后的信號幅值轉(zhuǎn)化成某個最小數(shù)量單位（量化間隔）的整數(shù)倍。位（量化間隔）的整數(shù)倍。（1）確定量化間隔：）確定量化間隔： nV2LSB1FSV分割數(shù)模擬輸入電壓范圍例：如有一模擬信號，幅值范圍為例：如有一模擬信號，幅值范圍為01V，要轉(zhuǎn)化為，要轉(zhuǎn)化為3位二位二進(jìn)制代碼，則其量化間隔為進(jìn)制代碼，則其量化間隔為1LSB=1/8V 。得到得到8個量化電平分別為個量化電平分別為0V、1/8

7、V7/8V。 7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會產(chǎn)生誤差，稱為產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差量化誤差。最大量化誤差。最大量化誤差 =1/8V。方式一：只舍不入量化方式（截斷量化方式）方式一：只舍不入量化方式（截斷量化方式）如果如果0VvI1/8V 則量化為則量化為0 =0V； 1/8VvI2/8V 則量化為則量化為1 =1/8V； 7/8VvI1V 則量化為則量化為7 =7/8V。（2）將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平）將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平7.3.

8、1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會產(chǎn)生誤差，稱為產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差量化誤差。最大量化誤差。最大量化誤差 =1/8V。7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理如果如果 0VvI1/16V 則量化為則量化為0 =0V； 1/16VvI3/16V 則量化為則量化為1 =1/8V； 3/16VvI5/16V 則量化為則量化為2 =2/8V； 13/16VvI15/16V 則量化為則量化為7 =7/8V。取兩個離散電平中的相近值作為量化電

9、平。取兩個離散電平中的相近值作為量化電平。方式二：四舍五入量化方式（舍入量化方式）方式二：四舍五入量化方式（舍入量化方式） 7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理在實際的在實際的ADC中，大多采用舍入量化方式。中，大多采用舍入量化方式。量化誤差隨著量化誤差隨著ADC的位數(shù)增加而減小。的位數(shù)增加而減小。量化誤差為量化誤差為1/2 =1/16V7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理量化噪聲與信噪比量化噪聲與信噪比* *量化誤差和量化誤差的概率分布量化誤差和量化誤差的概率分布 1213)(22/2/32/2/2qqxdxxp

10、xNqqqqq7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 假設(shè)輸入為滿量程正弦信號，正弦波的最大值約為假設(shè)輸入為滿量程正弦信號，正弦波的最大值約為2nq/22nq/2，則其信號功率，則其信號功率S S為為 8)2(2sin221220qdtTtqTSnTn量化噪聲的信噪比為：量化噪聲的信噪比為： dBnNqSSNR76. 102. 6lg10 量化器的位數(shù)每增加量化器的位數(shù)每增加1位，信噪比可升高約位，信噪比可升高約6dB。例如在。例如在8位時，由量化誤差決定的信噪比約為位時，由量化誤差決定的信噪比約為49.9dB。7.3.1 A / D7.3.1 A / D

11、轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理幾種典型幾種典型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 并行比較型并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器（閃爍轉(zhuǎn)換器（閃爍ADC） 基于基于DAC的的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(計數(shù)型、逐次逼近型）計數(shù)型、逐次逼近型）雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器型型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.3.1 A / D7.3.1 A / D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由由R-2R網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)型DAC、比較器比較器、計數(shù)器計數(shù)器三部分組成。三部分組成。7.3.2 7.3.2 計數(shù)型計數(shù)型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.工作原理工作原理RD=1，使計數(shù)器清零。，使計數(shù)器清零。 X=1，轉(zhuǎn)換開始，計數(shù)器從，轉(zhuǎn)

12、換開始，計數(shù)器從0000開始計數(shù)，電路中的開始計數(shù)，電路中的DAC產(chǎn)生一個遞增的階梯電壓，當(dāng)產(chǎn)生一個遞增的階梯電壓，當(dāng)階梯電壓大于輸入電壓階梯電壓大于輸入電壓vI時，計數(shù)器停止計數(shù)，計數(shù)值即為時，計數(shù)器停止計數(shù)，計數(shù)值即為A/D轉(zhuǎn)換值。轉(zhuǎn)換值。 最大轉(zhuǎn)換時間為最大轉(zhuǎn)換時間為2n-1個時鐘周期。個時鐘周期。7.3.2 7.3.2 計數(shù)型計數(shù)型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由由R-2R網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)型DAC、比較器比較器、計數(shù)器計數(shù)器三部分組成。三部分組成。7.3.2 7.3.2 計數(shù)型計數(shù)型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.工作原理工作原理逐次逼近型ADC的工作原理很像用天平

13、稱重的過程 7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由由R-2R網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)型DAC、比較器比較器、SAR三部分組成。三部分組成。7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.工作原理工作原理3.5V CPd3d2d1d0vO比較結(jié)果比較結(jié)果處處 理理123410001100101010112.5V3.75V3.125V3.4375VvIvOvIvOvIvOvI vO（d3）1保留（d2）1不保留（d1）1保留（d0）1保留10117.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

14、4位的逐次逼近位的逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖轉(zhuǎn)換器的原理圖 7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器例：例： 逐次逼近型逐次逼近型AD 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)vI1.5V時，問：時，問： （1）輸出的二進(jìn)制數(shù)）輸出的二進(jìn)制數(shù)D3D2D1D0？（2）轉(zhuǎn)換誤差為多少？）轉(zhuǎn)換誤差為多少？（3）如何提高轉(zhuǎn)換精度？）如何提高轉(zhuǎn)換精度？ 7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器解：解：1.量化單位量化單位 為：為：V3125. 016V58 . 43125. 05 . 1D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果D=（0100）22.轉(zhuǎn)換誤差為：轉(zhuǎn)換誤差為：

15、1.540.3125=1.51.25=0.253.減少誤差的方法減少誤差的方法（1）增加位數(shù)；增加位數(shù)；（2）在）在D/A輸出加一個負(fù)向偏移電壓輸出加一個負(fù)向偏移電壓1/2 。7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器量化誤差為量化誤差為1LSB量化誤差為量化誤差為1/2LSB轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0100)2轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0101)2CPSARvO / VvO/V比較結(jié)果處 理110002.52.34375vIvOD3不保留201001.251.09375vIvOD2保留30

16、1101.8751.71875vIvOD1不保留401011.56251.40625vIvOD0保留CPSARvO /V比較結(jié)果處 理110002.5vIvOD3不保留201001. 25vIvOD2保留301101.875vIvOD1不保留401011.5625vIvOD0不保留7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器集成逐次逼近型集成逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC0809特點：特點：屬屬CMOS電路電路8路模擬輸入，路模擬輸入，8 bit 輸出輸出(3S門門)與常用微處理器兼容與常用微處理器兼容采用逐次逼近法，轉(zhuǎn)換時間約采用逐次逼近法，轉(zhuǎn)換時間約100s

17、 7.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC08097.3.2 7.3.2 逐次逼近型逐次逼近型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器123456785L 4量化為量化為4尺子尺子物體物體同時與各個刻度比較同時與各個刻度比較用電阻分壓的辦法用電阻分壓的辦法刻度是什么？是一系列的標(biāo)準(zhǔn)電壓是一系列的標(biāo)準(zhǔn)電壓如何實現(xiàn)？7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器用電阻分壓形成7個標(biāo)準(zhǔn)電壓。7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

18、換器模擬信號比較器模擬信號比較器被量物體？模擬輸入電壓模擬輸入電壓vI如何比較？ 當(dāng)當(dāng)V+大于大于V-時，時，VO輸輸出高電平；當(dāng)出高電平；當(dāng)V+小于小于V-時，時，VO輸出低電平輸出低電平7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器如何同時比較？每個電壓刻度使用一個比較器每個電壓刻度使用一個比較器。7/16VvI9/16V5/16VvI7/16V7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓輸入模擬電壓比較器輸出比較器輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出vI / VC1C2C3C4C5C6C7D2D1D00vI1/16000000

19、00001/16vI3/1610000000013/16vI5/1611000000105/16vI7/1611100000117/16vI9/1611110001009/16vI11/16111110010111/16vI13/16111111011013/16vI111111111117.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器需要幾個比較器？2n-1個比較器個比較器。轉(zhuǎn)換一次需要多少時間？1個時鐘周期（個時鐘周期（TCP） 并行并行ADC是一種極高速的是一種極高速的ADC，轉(zhuǎn)換時間

20、小于，轉(zhuǎn)換時間小于50ns，因此一般不需要保持電路。因此一般不需要保持電路。 并行并行ADC由于轉(zhuǎn)換速度高，常用于視頻信號和雷達(dá)信號由于轉(zhuǎn)換速度高，常用于視頻信號和雷達(dá)信號的處理系統(tǒng)。最近幾年出現(xiàn)的軟件無線電技術(shù)，所用的高速的處理系統(tǒng)。最近幾年出現(xiàn)的軟件無線電技術(shù)，所用的高速ADC的轉(zhuǎn)換速率已達(dá)到數(shù)百至上千的轉(zhuǎn)換速率已達(dá)到數(shù)百至上千MSPS 7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器半閃爍半閃爍A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第一步是粗化量化。第一步是粗化量化。 第二步是細(xì)化量化第二步是細(xì)化量化 7.3.3 7.3.3 并行比較型并行比較型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7

21、.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器屬于間接轉(zhuǎn)換器屬于間接A/D轉(zhuǎn)換器。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量分兩步進(jìn)行。為模擬量分兩步進(jìn)行。 第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時間第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時間T，使，使T與輸入電壓成正比；與輸入電壓成正比； 第二步：將時間第二步：將時間T轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與T成正比成正比 。1.基本原理基本原理S1vORC+ +-VREFvI- -A開關(guān)S1合到vI一側(cè) I10I1)(1vRCTdtRvCvTO開關(guān)S1接到VREF一側(cè) 012REFI10REFI12RCTVvRCTd

22、tRVCvRCTvTOIREF12vVTT T1為常數(shù)，T2與vI成正比0vOtT1T2vI=VI1vI=VI2T2時段時段：固定時間積分：固定時間積分,到時結(jié)束到時結(jié)束時段時段：固定斜率積：固定斜率積分，過零結(jié)束分，過零結(jié)束第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時間第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時間T1，使，使T1與輸入電壓成正比與輸入電壓成正比 7.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器REFIC1C2VvTTTTD第二步：將時間第二步：將時間T2轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與T2成正比成正比 &計數(shù)器計數(shù)器CPT2數(shù)字量數(shù)字量7.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A

23、 / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器雙積分型雙積分型A / D轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖S2CP1TC11TC11TC11TC1RRRRd0d2d n-11111&vCn位異步計數(shù)器FFC+S1vORC-VREF+vI電壓比較器G1G27.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器特點：特點：直接輸出直接輸出7段譯碼信號段譯碼信號7106驅(qū)動驅(qū)動LCD；7107驅(qū)動驅(qū)動LED十進(jìn)制十進(jìn)制3位半位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器雙積分型電路，內(nèi)含基準(zhǔn)源雙積分型電路，內(nèi)含基準(zhǔn)源 集成逐次比較型集成逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ICL7106/7107 7.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A /

24、 DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ICL7107ICL7107構(gòu)成直流電壓表構(gòu)成直流電壓表7.3.4 7.3.4 雙積分型雙積分型A / DA / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1 1過抽樣技術(shù)過抽樣技術(shù)臨界抽樣臨界抽樣以臨界頻率進(jìn)行抽樣。一般以臨界頻率進(jìn)行抽樣。一般A/DA/D轉(zhuǎn)換器的抽轉(zhuǎn)換器的抽樣頻率都略高于由采樣定理計算出來的臨界頻率。樣頻率都略高于由采樣定理計算出來的臨界頻率。過抽樣過抽樣抽樣頻率遠(yuǎn)高于臨界頻率。抽樣頻率遠(yuǎn)高于臨界頻率。 抽樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號，采樣頻率至少抽樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號，采樣頻率至少應(yīng)是原始信號最高有效頻

25、率的兩倍。應(yīng)是原始信號最高有效頻率的兩倍。臨界抽樣頻率：滿足采樣定理的頻率臨界抽樣頻率。臨界抽樣頻率：滿足采樣定理的頻率臨界抽樣頻率。臨界取樣和過采樣對抗混疊濾波器的要求臨界取樣和過采樣對抗混疊濾波器的要求 過采樣技術(shù)的優(yōu)點之一：降低抗混疊濾波器的實現(xiàn)難度。過采樣技術(shù)的優(yōu)點之一：降低抗混疊濾波器的實現(xiàn)難度。 采用過抽樣技術(shù)，則可用截止特性平緩的低通濾波采用過抽樣技術(shù)，則可用截止特性平緩的低通濾波器，容易實現(xiàn)相位線性好的濾波器。器，容易實現(xiàn)相位線性好的濾波器。 型型ADC采用過采樣技術(shù)。采用過采樣技術(shù)。 7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器-型型ADC的原理框圖的原理框圖 求

26、和器：將輸入信號求和器：將輸入信號vI與反饋信號與反饋信號vf求和，產(chǎn)生誤差信號求和，產(chǎn)生誤差信號ve= vIvf。積分器：積分器對誤差信號積分器：積分器對誤差信號ve進(jìn)行積分。進(jìn)行積分。 電壓比較器：當(dāng)電壓比較器：當(dāng)vg0V時，輸出邏輯時，輸出邏輯1；當(dāng)；當(dāng)vg0V時，時，輸出邏輯輸出邏輯0。相當(dāng)于。相當(dāng)于1bit的的ADC。 1bit的的DAC：當(dāng)輸入為邏輯：當(dāng)輸入為邏輯1時，輸出時，輸出vf為為+VREF；當(dāng)輸；當(dāng)輸入為邏輯入為邏輯0時，輸出時，輸出vf為為0V0V。7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器-型型ADC的的工作原理工作原理 vf (n)=c(n)VREF

27、ve (n)= vI (n)-vf (n-1) vg (n)=vg (n-1)+ve (n) 7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 由于由于-型型A/D轉(zhuǎn)換器的核心部分是一個典型的負(fù)反饋系統(tǒng)。根轉(zhuǎn)換器的核心部分是一個典型的負(fù)反饋系統(tǒng)。根據(jù)反饋理論，閉環(huán)內(nèi)含有積分器，穩(wěn)態(tài)時應(yīng)為無差系統(tǒng)。系統(tǒng)中據(jù)反饋理論，閉環(huán)內(nèi)含有積分器，穩(wěn)態(tài)時應(yīng)為無差系統(tǒng)。系統(tǒng)中的誤差電壓的誤差電壓ve（n）長時間取平均，其均值應(yīng)當(dāng)?shù)扔冢╅L時間取平均，其均值應(yīng)當(dāng)?shù)扔?，由此得到，由此得到0)(1lim10mnemnvm由于采樣速度極高，輸入電壓由于采樣速度極高，輸入電壓vI在在m個采樣周期內(nèi)可以看成不變個采

28、樣周期內(nèi)可以看成不變的量，因此的量，因此I10II)(1limvmmvnvmmnm7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器因為因為ve (n)=vI (n)-vf (n-1) 0)(1lim)1()(1lim1lim10fIf10I10emnmmnmmnmnvmvnvnvmnvm）（1010REFfI)(1lim)(1limmnmnmmncmVnvmv所以所以如果取m=2N（N足夠大），則上式可以近似為NnNVDncVvN2)(2REF120REFI120)(NnncD7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ivD 模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字量在數(shù)值上等于模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字量在數(shù)值

29、上等于1位位ADC輸出的長度為輸出的長度為2N的的c(n)序列中序列中1的個數(shù)。的個數(shù)。 120)(NnncD計算計算D的工作由的工作由-型型A/D轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字抽取濾波器完成。轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字抽取濾波器完成。7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器當(dāng)vI=VREF/2時，串行數(shù)據(jù)流c(n)中含有相等個數(shù)的0和1；如果vI=3VREF/4，則串行數(shù)據(jù)流c(n)中每隔一個0含有3個1。 7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 低通數(shù)字濾波器：輸?shù)屯〝?shù)字濾波器：輸出結(jié)果是出結(jié)果是m個周期的個周期的c(n)序序列之和。列之和。如何由如何由c(n)序列計算出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果

30、？序列計算出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果？ 抽?。簭倪^采樣的數(shù)據(jù)抽取：從過采樣的數(shù)據(jù)中抽取出滿足臨界采樣頻率中抽取出滿足臨界采樣頻率的數(shù)據(jù)。只需每隔的數(shù)據(jù)。只需每隔M個周期個周期抽取一個樣值保留下來，其抽取一個樣值保留下來，其余的數(shù)據(jù)一律丟掉。余的數(shù)據(jù)一律丟掉。7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器抽取濾波器抽取濾波器特點：先抽取后濾波，其結(jié)果不變，求和運算速度可降低特點：先抽取后濾波，其結(jié)果不變，求和運算速度可降低M倍，實現(xiàn)容易，實際的倍，實現(xiàn)容易，實際的-A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器就采用這種結(jié)構(gòu)就采用這種結(jié)構(gòu)。7.3.5 -7.3.5 -型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 如果采樣速率提高如果采樣速率提高M(jìn)倍，其量化噪聲的功率譜密度就降倍，其量化噪聲的功率譜密度就降低低M倍。由于倍。由于-型型ADC采樣速率遠(yuǎn)高于臨界頻率，采樣速率遠(yuǎn)高于臨界頻率，其量化其量化噪聲的功率譜密度就大大降低，處于有用信號頻帶內(nèi)的噪聲噪聲的功率譜密度就大大降低，處于有用信號頻帶內(nèi)的噪聲總功率很小，從而提高了信噪比?？偣β屎苄?，從而提高了信噪比。-A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點：轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點：- -轉(zhuǎn)換器中的模