检测系统数字化测试技术 教学课件 作者 姚敏第八章 8.1 8.2 逐次逼近式A_D.ppt

第八章 A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器 双积分式A/D转换器 电压/频率转换式A/D转换器 并行式A/D转换器 8.1概述 A/D转换器(ADC)是实现数字量到模拟量转换的接口器件，模数转换器的速度和精度一直在不断提高。目前ADC的速度可达1000MHz以上，分辨率可达24位。ADC的这种发展速度完全依赖于超大规模集成电路制造技术。 8.1概述 ADC1210/1211是一个高达24位分辨率的A/D转换器，其内部有两阶Σ-Δ调制器，三阶数字滤波器，采用多种自校正技术，输入端有可编程放大器，输出有内部微处理器处理，内部还有五个寄存器分别作指令寄存器、命令寄存器、数据输出寄存器、失调校正寄存器以及满量程校正寄存器，此外还有常规的基准电压、时钟产生电路等 8．2 逐次逼近式A／D转换器 (Successive Approximation A／D Converter ) 优点：转换速度较快，转换精度较高。 缺点：抗干扰能力较积分式的差，价格高于同精度的双积分式A／D转换器 目前常用的单片集成逐次逼近式A／D转换器分辨率为8～16位，一次转换时间在数微秒～百微秒范围内。广泛应用于中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统等领域中． 8.2.1 逐次逼近式A／D转换原理 这种转换技术的原理是建立在逐次“逼近”的基础上，即将未知的被测电压Vi 与已知的分档量化电压Vf由粗到细逐次比较，直到两者的差别小于某一误差范围之内才算结束（平衡）。 平衡时，分档的量化电压所对应的数码，就等于被测电压之数字量。 逐次逼近式A／D转换原理 称重逻辑操作过程 逐次逼近式A／D转换原理 可用天平测量某物体质量的过程去比拟逐次逼近技术，假设砝码的质量分档是按2ng划分的。其称量的逻辑与操作过程可以用图和表5－l表示，完成六步操作之后，得出被称物体的质量为： Mx= 0×32g + 1×16g + 1×8g + 0×4g + 1×2g + 1×1g = 27g = 0×25g + 1×24g + 1×23g + 0×22g + 1×21g + 1×20g 即： d1d2d3d4d5d6 = 011011。 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换器的结构如图所示。假设D／A转换器的传递特性为： 设：被测电压为8.3V，参考电压VR=10.24V，n=8，1LSB=40mV。 逐次逼近式A／D转换过程 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A/D转换的结果可以从数据寄存器的并行输出端上取得。在完成最低位比较逻辑之后，由逻辑电路发出一锁存信号，将此数据并行送入输出数据锁存器中，可供计算机系统或显示系统取用。另外，它也可以以串行的方式向外发送数据。因为各次去码／留码判别后的逻辑电平信号正好对应着输出数据由高到低的各位数码，所以由此输出的串行码也可供后续系统使用。 逐次逼近式A／D转换原理 图所示的逐次逼近式A/D转换器中，可能存在－1LSB的最大量化误差。它的传递特性如下图（a） 所示，当输入相对电压 Vi/VR略小于1/2n时，理应得出 000…01的输出数据，可是由于对最后一位加码后比较结果是去码，所以实际得出的数码是000…00，造成了接近于－1LSB的误差。 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 如果改变逐次逼近逻辑，例如试探码改为 0111…1 x011…1 xx01…1 xxxx…0 方式，则可得到图(b)所示的包含有+1LSB最大量化误差的传递特性。 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 为了减小量化误差的影响，可以在逐次逼近式A/D转换器电路中，增加1/2LSB偏置电路，使特性左移半格(1/2LSB)实现这种左移偏置的电路如下图(a)所示。此时，暂且不考虑图中R5支路，只看R4支路的作用。 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换原理 如果在逐次逼近式 A/D转换器中电路中加入半量程偏置，如图(a)中的R5支路，则传递特性将左移半量程，使A/D转换器变成可接收双极性电压输入了。由图可知，当逐次逼近到最后一位之后，比较器A1的⊕端电位已接近于0。如不考虑R4支路的1/2LSB偏置的作用，则 逐次逼近式A／D转换原理 逐次逼近式A／D转换注意事项 在逐次逼近式A/D转换过程中，输入电压不应有脉动变化，否则有可能出现严重超差。为了防止发生上述的这种差错，一般在逐次逼近式A/D转换器之前，