AD转换器的原理.ppt

第三节 模/数转换器 一、模/数转换的一般过程 二、模/数转换原理 三、数/模转换器的主要技术参数 四、集成A/D转换器 一、模/数转换的一般过程 1.采样和保持 2.量化和编码 1.采样和保持 为了把模拟信号转换成对应的数字信号，必须首先将模拟量每隔一定时间抽取一次样值，使时间上连续变化的模拟量变为一个时间上断续变化的模拟量，这个过程称为采样。 为了保证采样后的信号能恢复原来的模拟信号，要求采样的频率?S与被采样的模拟信号的最高频率?imax应满足下面关系 图14-9 2.量化和编码 数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化也是不连续的。这就是说，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数值单位的整数倍。而采样、保持所得电压信号虽呈阶梯状但电平仍是连续变化的，即不是数字量。因此，必须将采样保持后的信号的大小局限在这些规定的离散电平上，即在进行A/D转换时，必须将采样—保持后的电压化为某个规定的最小单位的整数倍，这一过程称为量化。所取的最小数量单位叫做量化单位，用△表示。显然，数字信号最低有效位的1代表的数值大小就等于△。 将量化幅值用二进制代码或二—十进制代码等表示出来的过程称为编码。那些代表模拟信号各采样值的代码组就是A/D转换的结果。 由于模拟信号是连续的，所以它就不一定能被△整除，因此量化过程不可避免地会引入误差，我们称这种误差为量化误差。 二、模/数转换原理 1.逐次逼近式A/D转换器 2.并行比较型A/D转换器 3.双积分A/D转换器 1.逐次逼近式A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器是一种反馈比较型A/D转换器。它的基本构思是：取一个数字量加到D/A转换器，于是得到一个输出模拟比较电压。将这个模拟电压与输入的模拟电压信号比较，如果两者不等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的数字量就是所求的转换结果。逐次逼近式A/D转换器是目前反馈比较型A/D转换器中使用最多的一种。 逐次逼近式A/D转换器原理图 逐次逼近式A/D 这是一个输出为4位二进制代码的逐次逼近式A/D转换器。控制逻辑电路6个D触发器FF1~FF6和门1~4构成，其中6个D触发器组成环形移位寄存器；逐次逼近寄存器由4个RS钟控触发器FFA、FFB、FFC、FFD组成；4位DAC用来产生反馈比较电压Uf；门5~8输出4位数字量D3D2D1D0；C为电压比较器。 设ADC满量程可输入电压Um=100mV，下面分析将采样保持模拟信号Ui=65mV转换成数字信号的过程。 2.并行比较型A/D转换器 图14-12所示为3位二进制输出的并行比较型A/D转换器的逻辑图。这是一个直接A/D转换器，它由电压比较器、缓冲寄存器和编码器（代码转换器）几部分组成。图中，UR为电压比较器的基准电源电压，输入的模拟电压幅值范围为0~UR。 并行比较型A/D 3.双积分A/D转换器 这是一种间接A/D转换器。间接A/D?转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号（如变为时间、频率等），然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。目前，用的最多的是电压—时间（V-T）变换型间接A/D转换器。图14-13和14-14分别为双积分A/D转换组成框图和原理图。它由积分器、过零比较器、脉冲信号源及控制逻辑电路组成。双积分式A/D转换方法的基础是测量两个时间，一个是输入模拟电压向电容充电的固定时间，另一个是在已知参考电压下电容放电所需的时间。输入模拟电压与参考电压的比值就等于上述两个时间之比。 双积分A/D转换器的组成框图和原理图 三、数/模转换器的主要技术参数 1.分辨率 2.转换速度 3.相对误差 四、集成A/D转换器 目前使用的一般都是集成A/D转换器，其种类很多，如AD571，AD7135，AD0804、5G14433，ADC0809等。下面以ADC0809为例，简单介绍其结构和使用。 ADC0809是CMOS单片8通道A/D转换器，采用双列直插式28引脚封装。它主要由逐次逼近式A/D转换器、8位模拟开关、三态输出数据锁存器、以及地址锁存与译码等组成。 ADC?0809 ADC?0809的主要特征是：可直接与微型机系统相连，不需要另加接口逻辑，也可以单独使用；具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号；分辨率为8位；输入输出引脚与TTL电路兼容；转换时间100μS。当输入模拟电压范围在0~5V时，可使用+5V电源。 图14-15 ADC0809的引脚功能