數(shù)電課件ch09-2AD轉(zhuǎn)換器

數(shù)電課件ch09-2ad轉(zhuǎn)換器2021/10/10星期日1引言AD轉(zhuǎn)換器的工作原理AD轉(zhuǎn)換器的性能指標AD轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用場景AD轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方式AD轉(zhuǎn)換器的實際案例分析2021/10/10星期日2引言012021/10/10星期日3它能夠?qū)⑦B續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，以便于計算機或數(shù)字系統(tǒng)進行處理和分析。AD轉(zhuǎn)換器在各種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如通信、測量、控制、音頻處理等。AD轉(zhuǎn)換器，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電子器件。AD轉(zhuǎn)換器簡介2021/10/10星期日4根據(jù)工作原理，AD轉(zhuǎn)換器可分為直接轉(zhuǎn)換器和間接轉(zhuǎn)換器。直接轉(zhuǎn)換器又分為并聯(lián)比較型和串聯(lián)比較型，其特點是轉(zhuǎn)換速度快，但精度較低。間接轉(zhuǎn)換器又分為雙積分型、電壓-頻率型和逐位逼近型，其特點是精度高，但轉(zhuǎn)換速度較慢。AD轉(zhuǎn)換器的分類2021/10/10星期日5

AD轉(zhuǎn)換器的發(fā)展歷程AD轉(zhuǎn)換器的最早形式是機械式的旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了電子式的AD轉(zhuǎn)換器。20世紀70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成化的AD轉(zhuǎn)換器開始出現(xiàn)。進入21世紀，隨著超大規(guī)模集成電路和人工智能技術(shù)的發(fā)展，高速、高精度、低功耗的AD轉(zhuǎn)換器成為研究的熱點。2021/10/10星期日6AD轉(zhuǎn)換器的工作原理022021/10/10星期日7根據(jù)采樣定理，如果一個信號最高頻率分量為$f_m$，則采樣頻率$f_s$必須滿足$f_sgeq2f_m$，才能保證信號完整性和無失真。采樣定理定義采樣定理為AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計提供了理論依據(jù)，確保了信號在轉(zhuǎn)換過程中的準確性和完整性。采樣定理的意義在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)信號的特性和要求選擇合適的采樣頻率，以滿足信號處理和通信系統(tǒng)的要求。采樣定理的應(yīng)用采樣定理2021/10/10星期日8編碼編碼是將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為二進制或其他進制代碼的過程，便于計算機或數(shù)字系統(tǒng)進行處理和傳輸。量化量化是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號的過程，通過將連續(xù)幅度值近似為離散值來實現(xiàn)。量化誤差量化誤差是由于量化過程中近似處理產(chǎn)生的誤差，表現(xiàn)為數(shù)字信號與原始模擬信號之間的差異。量化與編碼2021/10/10星期日9123轉(zhuǎn)換精度是指AD轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量與輸入模擬量之間的誤差大小，通常用LSB（LeastSignificantBit）表示。轉(zhuǎn)換精度分辨率是指AD轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量變化的最小單位，即最小位數(shù)，通常用bit表示。分辨率轉(zhuǎn)換精度與分辨率密切相關(guān)，一般來說，分辨率越高，轉(zhuǎn)換精度也越高。提高分辨率可以通過增加數(shù)字量的位數(shù)來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換精度與分辨率的關(guān)系轉(zhuǎn)換精度與分辨率2021/10/10星期日10AD轉(zhuǎn)換器的性能指標032021/10/10星期日11指AD轉(zhuǎn)換器完成一次模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換所需的時間，通常以毫秒（ms）為單位。轉(zhuǎn)換速率高速AD轉(zhuǎn)換器低速AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率在1微秒（μs）以內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器，適用于高速數(shù)據(jù)采集和實時處理。轉(zhuǎn)換速率在1毫秒（ms）以上的AD轉(zhuǎn)換器，適用于低速或靜態(tài)信號的測量和記錄。030201轉(zhuǎn)換速率2021/10/10星期日12指AD轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量與輸入模擬量之間的線性關(guān)系，通常用非線性誤差來表示。線性度線性度誤差在±0.5%以內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器，適用于高精度測量和控制系統(tǒng)。高線性度線性度誤差較大的AD轉(zhuǎn)換器，適用于一般精度要求的測量和控制系統(tǒng)。低線性度線性度2021/10/10星期日13高分辨率分辨率在12位以上的AD轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)換為更精細的數(shù)字信號。低分辨率分辨率在8位以下的AD轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字信號的精度較低。分辨率指AD轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量變化的最小單位，通常以二進制位數(shù)（bit）表示。分辨率與精度2021/10/10星期日14功耗指AD轉(zhuǎn)換器正常工作時所消耗的電能，通常以毫瓦（mW）為單位。低功耗功耗在100mW以下的AD轉(zhuǎn)換器，適用于便攜式和電池供電設(shè)備。高功耗功耗在1W以上的AD轉(zhuǎn)換器，適用于大功率和高性能應(yīng)用。功耗與效率2021/10/10星期日15AD轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用場景042021/10/10星期日16將模擬的音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于存儲、傳輸和處理。音頻信號數(shù)字化利用AD轉(zhuǎn)換器將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行音頻剪輯、合成和效果處理。音頻編輯與合成將語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過算法識別語音內(nèi)容，實現(xiàn)人機交互。語音識別音頻處理2021/10/10星期日1703圖像識別與目標檢測利用AD轉(zhuǎn)換器將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過算法實現(xiàn)圖像識別和目標檢測。01圖像采集使用AD轉(zhuǎn)換器將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于計算機處理和識別。02圖像增強通過AD轉(zhuǎn)換器將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行圖像增強、去噪和銳化等處理。圖像處理2021/10/10星期日18有線通信在有線通信系統(tǒng)中，AD轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，提高傳輸效率和可靠性。衛(wèi)星通信在衛(wèi)星通信中，使用AD轉(zhuǎn)換器將地面站發(fā)送的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行遠距離傳輸和處理。無線通信將模擬的語音或數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過無線傳輸方式發(fā)送。通信系統(tǒng)2021/10/10星期日19在工業(yè)控制系統(tǒng)中，AD轉(zhuǎn)換器用于將各種傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于計算機處理和控制。工業(yè)控制在智能家居系統(tǒng)中，AD轉(zhuǎn)換器用于將各種家電設(shè)備輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)遠程控制和自動化管理。智能家居在機器人控制系統(tǒng)中，AD轉(zhuǎn)換器用于將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)機器人的精確控制和導(dǎo)航。機器人控制控制系統(tǒng)2021/10/10星期日20AD轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方式052021/10/10星期日21直接ADC（或稱并行ADC）01將模擬信號直接與一組固定的參考電壓進行比較，得到數(shù)字輸出。轉(zhuǎn)換速度快，但需要高精度的比較器和大量的參考電壓源。分辨率02轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定了分辨率，例如12位ADC可以將模擬信號分為4096個等級。適用場景03適用于高速、低精度的應(yīng)用場景。直接ADC2021/10/10星期日22間接ADC（或稱計數(shù)式ADC）通過計數(shù)器來測量輸入信號的周期，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。轉(zhuǎn)換速度較慢，但電路結(jié)構(gòu)簡單。分辨率通常由計數(shù)器的位數(shù)決定，例如12位計數(shù)器可以將輸入信號的周期分為4096個等級。適用場景適用于低速、高精度的應(yīng)用場景。間接ADC2021/10/10星期日23結(jié)合了直接和間接ADC的優(yōu)點，采用并行和計數(shù)兩種方式進行轉(zhuǎn)換，以提高轉(zhuǎn)換速度和分辨率?；旌螦DC取決于兩種方式的位數(shù)之和，例如12位并行加12位計數(shù)，總分辨率為24位。分辨率適用于高速、高精度的應(yīng)用場景，例如音頻和視頻處理、高精度測量等。適用場景混合ADC2021/10/10星期日24AD轉(zhuǎn)換器的實際案例分析062021/10/10星期日25音頻編解碼器中的AD轉(zhuǎn)換器是將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的關(guān)鍵組件，用于實現(xiàn)音頻的數(shù)字化處理和傳輸。總結(jié)詞音頻編解碼器中的AD轉(zhuǎn)換器通常采用高精度的ADC，能夠?qū)⒛M音頻信號采樣并轉(zhuǎn)換為16位或更高精度的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號可以進一步進行處理、編碼和傳輸，例如在音頻播放器、錄音設(shè)備或語音識別系統(tǒng)中。詳細描述案例一：音頻編解碼器中的AD轉(zhuǎn)換器2021/10/10星期日26圖像傳感器中的AD轉(zhuǎn)換器是將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號的重要環(huán)節(jié)，用于實現(xiàn)圖像的數(shù)字化捕獲和處理?？偨Y(jié)詞圖像傳感器中的AD轉(zhuǎn)換器通常與CMOS或CCD傳感器配合使用，能夠?qū)鞲衅鬏敵龅哪M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這個過程包括逐像素的采樣和量化，以生成高質(zhì)量的數(shù)字圖像。數(shù)字圖像可以進一步進行壓縮、傳輸或處理，例如在數(shù)碼相機、掃描儀或視頻會議系統(tǒng)中。詳細描述案例二：圖像傳感器中的AD轉(zhuǎn)換器2021/10/10星期日27總結(jié)詞通信系統(tǒng)中的AD轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的關(guān)鍵組件，用于實現(xiàn)信號的數(shù)字化傳輸和處理。要點一要點二詳細描述通信系統(tǒng)中的AD轉(zhuǎn)換器通常采用高速ADC，能夠?qū)⒛M信號采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。