數(shù)電第4版 課件 40模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1.A/D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(gè)步驟，分別稱為采樣、保持、量化、編碼。8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理1.采樣8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理思考：如何保證采樣后信息不丟失（即信號(hào)能完全恢復(fù)）？要滿足香農(nóng)采樣定理：fs≥2fm8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理頻譜重疊，無法完全恢復(fù)，信息丟失（舉例說明）思考：如何確定fm?8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理2.保持在t0~t1階段，電路處于采樣階段。在t1~t2階段，電路處于保持階段。8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理2.量化和編碼量化：將采樣—保持后的信號(hào)幅值轉(zhuǎn)化成某個(gè)最小數(shù)量單位（量化間隔）的整數(shù)倍。（1）確定量化間隔例：如有一模擬信號(hào)，幅值范圍為0~1V，要轉(zhuǎn)化為3位二進(jìn)制代碼，則其量化間隔為1LSB=1/8V。得到8個(gè)量化電平分別為0V、1/8V…7/8V。

8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理最大量化誤差1/8V。方式一：只舍不入量化方式（截?cái)嗔炕绞剑?）將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理取兩個(gè)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）量化誤差為1/16V。在實(shí)際的ADC中，大多采用舍入量化方式。8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理幾種典型A/D轉(zhuǎn)換器

并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器（閃爍ADC）

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器Σ—Δ型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器8.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理8.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器5＜L＜6量化為5尺子物體同時(shí)與各個(gè)刻度比較電壓比較器被量物體？模擬輸入電壓vI如何比較？如何同時(shí)比較？每個(gè)電壓刻度使用一個(gè)比較器。用電阻分壓的辦法刻度是什么？如何實(shí)現(xiàn)？是一系列的標(biāo)準(zhǔn)電壓。7/16V＜vI＜9/16V5/16V＜vI＜7/16V8.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓比較器輸出編碼（溫度碼）數(shù)字量輸出vI/VC6C5C4C3C2C1C0D2D1D00＜vI≤1/1600000000001/16＜vI≤3/1600000010013/16＜vI≤5/1600000110105/16＜vI≤7/1600001110117/16＜vI≤9/1600011111009/16＜vI≤11/16001111110111/16＜vI≤13/16011111111013/16＜vI≤15/161111111111D2=C38.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器需要幾個(gè)比較器？2n-1個(gè)比較器轉(zhuǎn)換一次需要多少時(shí)間？1個(gè)時(shí)鐘周期（TCP）

并行ADC是目前速度最快的A/D轉(zhuǎn)換器。8.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的傳輸特性輸入模擬電壓數(shù)字量輸出vI/VD2D1D00＜vI≤1/160001/16＜vI≤3/160013/16＜vI≤5/160105/16＜vI≤7/160117/16＜vI≤9/161009/16＜vI≤11/1610111/16＜vI≤13/1611013/16＜vI≤15/161118.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器半閃爍A/D轉(zhuǎn)換器-----價(jià)廉物美的ADC第一步是粗化量化。第二步是細(xì)化量化。

8.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器TL08208.3.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器1.工作原理逐次逼近型ADC的工作原理很像用天平稱重的過程

8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器1.電路結(jié)構(gòu)由R-2R網(wǎng)絡(luò)型DAC、比較器、SAR三部分組成。8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器2.工作原理3.5V

CPd3d2d1d0vO比較結(jié)果處理123410001100101010112.5V3.75V3.125V3.4375VvI＞vOvI＞vOvI＜vOvI＞vO（d3）1保留（d2）1不保留（d1）1保留（d0）1保留10118.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器4位的逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖

8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器例：逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器如圖所示。當(dāng)vI＝1.5V時(shí)，問：（1）輸出的二進(jìn)制數(shù)D3D2D1D0＝？（2）轉(zhuǎn)換誤差為多少？（3）如何提高轉(zhuǎn)換精度？8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器解：1.量化單位

為：轉(zhuǎn)換結(jié)果D=（0100）22.轉(zhuǎn)換誤差為：1.5－4×0.3125=1.5－1.25=0.253.減少誤差的方法：（2）在D/A輸出加一個(gè)負(fù)向偏移電壓1/2

。（1）增加位數(shù)；8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器量化誤差為1LSB量化誤差為1/2LSB轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0100)2轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0101)2CPSARvO/VvO＇/V比較結(jié)果處理110002.52.34375vI＜vO＇D3不保留201001.251.09375vI＞vO＇D2保留301101.8751.71875vI＜vO＇D1不保留401011.56251.40625vI＞vO＇D0保留CPSARvO/V比較結(jié)果處理110002.5vI＜vOD3不保留201001.25vI＞vOD2保留301101.875vI＜vOD1不保留401011.5625vI＜vOD0不保留8.3.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器8.3.6A/D