第二十五讲模数转换器

第二十五讲模数转换器第一页，共十四页，2022年，8月28日一、A/D转换器的基本原理 1、模拟信号和数字信号 2、模数转换概述 3、基本原理二、逐次逼近型模数转换器三、A/D转换器的主要技术指标主要内容结束放映第二页，共十四页，2022年，8月28日模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。uu模拟信号波形数字信号波形tt一、A/D转换器的基本原理1、模拟信号和数字信号A/D变换第三页，共十四页，2022年，8月28日模数转换：模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能的电路称为模数转换器（ADC）。2、模数转换概述典型数字控制系统框图第四页，共十四页，2022年，8月28日模拟电子开关S在采样脉冲CLKS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。3、A/D转换器的基本原理

显然，模数转换一般要分采样、保持、量化和编码四个步骤进行。第五页，共十四页，2022年，8月28日s(t)t

采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。1)采样、保持utts(t)ttstws(t)t采样电路示意图采样信号采样

脉冲输入模拟信号采样保持信号采样脉冲的频率fs(1/Ts)越高，采样越密，采样值就越多，其取样信号vs的包络线就越接近于输入模拟信号的波形。

采样定理：为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍，即fs≥2fimax。第六页，共十四页，2022年，8月28日2）采样-保持电路：由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样-保持是做成一个电路。量化、编码电路也要由取样脉冲S(t)控制，使它分别在

t1-t5时刻开始对Vo转换，也就是在保持时间内(Ts-tw)内完成量化和编码。第七页，共十四页，2022年，8月28日经过采样和保持而抽取的电压值仍然属模拟量的范畴，由于任何一个数字量的大小只能是某个最小数量单位(1LSB)的整数倍，因此用数字量表示取样电压值时，先要把其采样电压化为最小单位的整数倍。3）量化和编码量化：所取得的最小单位，用△表示，△＝1LSB。量化单位把量化后的电压值再转化成对应的代码，如二进制、十进制码等的过程。编码：量化编码第八页，共十四页，2022年，8月28日(a)采用直接舍去小数点的方法，最大的量化误差是△。量化误差：实际输入电压值与量化值之间的偏差(a)(b)(b)采用直接四舍五入的方法，最大的量化误差是△/2。第九页，共十四页，2022年，8月28日电路组成二、逐次逼近型模数转换器

DAC：数模转换器，作用是按照不同的输入数码产生一组相应的比较电压UR:电压比较器：将输入的电压信号UI与UR进行比较，当UI≥UR时，输出C0＝1(C0’=0)；当UI<UR时，输出C0＝0(C0’=1)；C0和C0’分别连接各个边沿JK触发器的J、K端。4位脉冲发生器：用它来产生4各的负向节拍脉冲CLK0-CLK3’；用这4个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。该发生器通常由4位环形计数器构成。JK触发器：作用是在4个的负向节拍脉冲CP0-CP3’=0的推动下，记忆每次比较的结果，并向DAC提供输入数码。3D存储器：作用是在节拍脉冲的触发下，记忆最后的比较结果，并行输出二进制代码。d2d0d1第十页，共十四页，2022年，8月28日工作原理DAC输出的比较电压d2d0d1第十一页，共十四页，2022年，8月28日逐次逼近型ADC第十二页，共十四页，2022年，8月28日相对精度是指A/D转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍数来表示。如相对精度不大于(1/2)LSB，就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不超过(1/2)LSB。三、A/D转换器的主要技术指标1、分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。2、相对精度第十三页，共