數(shù)字電子技術(shù)ADC

10.1ADC概述一、數(shù)/模和模/數(shù)器是模擬、數(shù)字系統(tǒng)間的橋梁模

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數(shù)（A

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D）轉(zhuǎn)換:AnalogtoDigitalConverter（ADC）數(shù)

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模（D

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A）轉(zhuǎn)換:DigitaltoAnalogConverter（DAC）數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)A/DD/A二進(jìn)制二進(jìn)制線性線性存儲(chǔ)分析控制物理生物化學(xué)二、常見數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用系統(tǒng)舉例壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關(guān)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)DAC……模擬控制器模擬控制器液位傳感器DAC…DAC…模擬控制器模擬控制器生產(chǎn)控制對(duì)象

DACADC物理量二進(jìn)制信號(hào)模擬信號(hào)三、A

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D、D

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A轉(zhuǎn)換器的精度和速度精度保證轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性速度保證適時(shí)控制A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟和取樣定理一、模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程uI(t)CADC的量化編碼電路dn-1d1d0…uI(t)S模擬量數(shù)字量量化編碼取樣：把時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。保持：保持取樣信號(hào),使有充分時(shí)間將其變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。取樣保持（S/H—Sample

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Hold）二、取樣定理當(dāng)滿足fs

≥

2fimax時(shí),取樣信號(hào)可恢復(fù)原信號(hào)。fs

—取樣頻率。fimax

—

信號(hào)的最高頻率分量。

tOuIfOfs

fimaxuI

tO二、量化和編碼量化單位數(shù)字信號(hào)最低位LSB所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)大小，用表示（即1）。量化把取樣后的保持信號(hào)化為量化單位的整數(shù)倍。量化誤差因模擬電壓不一定能被整除而引起的誤差。編碼把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示。劃分量化電平的兩種方法01V1/82/83/84/85/86/87/8000001010011100101110111模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=01=1/82=2/83=3/84=4/85=5/86=6/87=(7/8)V1V1/153/155/157/159/15

11/15

13/150000010100111001011101110模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=01=2/152=4/153=6/154=8/155=10/156=12/157=(14/15)V最大量化誤差=

=

(1

/

8)V=

/

2=(1/15)V雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換思路：模擬輸入uItt控制計(jì)數(shù)CP個(gè)數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)一、電路組成和工作原理CO＝

1(uo≤0)

0(uo>0)S2CS1uI邏輯控制門C定時(shí)器n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器&dn–1d0uｏＴCPCP基準(zhǔn)電壓<0正向積分：對(duì)被測(cè)信號(hào)uI進(jìn)行定時(shí)積分，完成一次2n進(jìn)制計(jì)數(shù)。

反向積分：對(duì)基準(zhǔn)電壓積分至uｏ=0，計(jì)數(shù)結(jié)果與uI成正比。S2CS1uI邏輯控制門C定時(shí)器3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器&d2d0uｏCP基準(zhǔn)電壓<0電容C

放電CO＝

10000010100111001011101111以3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例說明雙積分過程0000010100111000uGuC二、定量分析uI積分器輸入ＵIuｏ(t)積分器輸出固定時(shí)間t1t2N1ＴCPN2ＴCPt1=N1TCP=2nTCPt2=N2TCP=DTCP=UI/單位電壓ＵREF一、基本工作原理電路逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器D/AuI逐次漸近寄存器比較器參考電源時(shí)鐘信號(hào)MSBLSBMSBLSB并行數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換控制信號(hào)3.2V10008V101004V00102V000113V00011&&&&&&并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器R/2RRRRRRR/2UREFuI比較器1D1D1D1D1D1D1DCP寄存器d2d1d0編碼器0000000110010010000uI0000001110010011001uI0000011110010101010uI0000111110011101011uI0001111110101101100uI0011111111100101101uI0111111101100101110uI1111111001100101111uIA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度一、轉(zhuǎn)換精度分辨率1.用二進(jìn)制或十進(jìn)制位數(shù)表示(設(shè)計(jì)參數(shù))LSB變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量

(測(cè)量參數(shù))如最大輸出電壓為5

V的

8位A/D的分辨率為：轉(zhuǎn)換誤差：表示實(shí)際輸出與理想輸出數(shù)字量的差別以相對(duì)誤差的形式（LSB的倍數(shù)）給出。如：相對(duì)誤差不大于（1/2）LSB二、轉(zhuǎn)換時(shí)間并聯(lián)比較型＜逐次比較型＜雙積分型幾種A/D轉(zhuǎn)換器的性能比較一、A/D類型：直接A/D反饋比較型