模拟集成电路课程设计.ppt

二阶调制 二阶调制输出谱 上式显示了，对2阶调制器，OSR每增加一倍，SNR增加15dB，或分辨率改进2.5位。 第六章 模拟集成电路设计基础 D/A转换的信号处理过程 （1）采样和保持 采样：把在时间上是连续的输入模拟信号ui转换成在时间上是断续的信号，输出脉冲波的包络仍反映输入信号幅度的大小。 取样定理，采样信号的频率fs和输入模拟信号的最高频率fimax之间必须满足下述条件: fs≥2fimax 因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。 （2）量化和编码 在用数字量表示取样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数，这个转化过程就叫做量化。所规定的最小数量单位叫做量化单位，用S表示。 编码是把量化的数值用二进制代码表示。把编码后的二进制代码输出就得到A/D转换的输出信号，对同一正弦波，若S越小，误差将越小，编码时所需二进制代码的位数就越多，对器件要求也越高。 图 6 - 36给出一个A/D变换的原理框图， 在这个框图中， 量化器就是一系列加不同参考电平的电压比较器， 当输入电压 高于该比较器的参考电平Uref时， 比较器输出的数字量为“1”； 低于参考电平Uref时， 输出为“0”。 图 6 - 37 给出一个3位A/D转换器的转换特性。 图 6 - 36 A/D转换器的原理框图 图 6 - 37 3位A/D转换器的转换特性 2. A/D转换器的主要指标 (1) 分辨率， 即“位数”(bit数——A/D数字化的字长)。 这是一个表达精度的指标。 如果A/D转换器的满刻度输入为UFSR， 位数为N， 则 量化电平 量化误差 量化噪声方差 (6 - 48a) (6 -48b) (6 - 48c) 在AD转换过程中，量化会产生失真，而采样和编码都不会产生失真，量化误差所造成的失真被认为是主要的噪声源。 模拟输入u可以限制在满量程输入范围(FS)。量化器的步长尺寸由 VLSB= FS /2^N给定。可以看到量化器的工作是非线性的，其噪声行为在某种程度上依赖于输入信号。在特殊环境下，如果ADC的输入信号是随机的，量化步长充分的小一量化噪声可以假定为“加性白噪声”。 分析指出， 分辨率每提高一位， 量化信噪比将提高 6.02 dB。 (2) 采样率， 即最高时钟频率， 这是一个表达A/D转换器转换速度的指标。 (3) 其它静态特性指标还有失调误差、 增益误差、 非线性误差(积分非线性、 微分非线性)等， 其意义与D/A转换器的静态误差相同。 6.4.2 A/D转换器的分类及应用 A/D转换器的类型很多， 有高速并行Flash A/D， 有速度与精度折中较好的流水线A/D， 有分辨率很高的适合语音处理的Δ-Σ A/D， 有适用于数字电压表的双斜率积分式A/D， 也有适用范围很广的逐次比较式A/D等等， 如图 6 - 38 所示。 6.4.3 A/D转换器电路举例 1. 逐次比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器是一种低成本， 分辨率和速度都比较好的A/D转换器， 因此应用十分广泛。 例如用CMOS工艺实现的 12 bit、 3 μs AD7672就是较好的逐次比较型A/D 转换器。 该A/D转换器的原理框图如图 6 - 40 所示。 其工作过程介绍如下。 图 6 - 40 逐次比较型A/D转换器 电路收到转换命令后， 首先将逐次逼近寄存器置“0”(清零)。 当第一个时钟脉冲到来时， 逻辑控制电路先将逐次逼近寄存器最高位(Dn-1)置“1”， 其它位置“0”， 经过D/A转换器重新转换为模拟电压Uo(相当于UFSR/2)， 然后将此电压回送到比较器， 与输入信号Ui比较。 若 UoUi 数字输出最高位保留“1” UoUi 数字输出最高位改为“0” (6 - 49) 第二个时钟脉冲到来时， 逻辑控制电路将寄存器次高位置“1”， 并与最高位一起送到D/A转换器， 将 其输出电压U′o 与Ui再次比较。 若 U′o Ui数字输出次高位保留“1” U′o Ui 数字输出次高位改为“0” (6 - 50)