数字电子技术课件作者初玲第28次课模数转换.ppt

尚辅网 / 第二十八次课 A-D转换器 一、A-D转换器的基本原理 二、常见A-D转换器分析 三、A-D转换器的主要技术指标 退出 一、A-D转换器的基本原理 1、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、基本原理： 在A-D转换中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能按一定的时间间隔对输入的模拟信号进行采样，然后再把采样值转换为输出的数字量。通常A-D转换需要经过采样、保持量化、编码四个步骤。也可将采样、保持合为一步，量化、编码合为一步，共两大步来完成。 (1)采样和保持： 采样，就是对连续变化的模拟信号进行定时测量，抽取其样值。采样结束后，再将此取样信号保持一段时间，使A-D转换器有充分的时间进行A-D转换。采样－保持电路就是完成该任务的。其中，采样脉冲的频率越高，采样越密，采样值就越多，其采样－保持电路的输出信号就越接近于输入信号的波形。因此，对采样频率就有一定的要求，必须满足采样定理即： fs≥2fImax 其中fImax 是输入模拟信号频谱中的最高频率。 （2）量化和编码 如果要把变化范围在 O-7V 间的模拟电压转换为 3 位二进制代码的数字信号 , 由于3 位二进制代码只有 23 即 8 个数值 , 因此必须将模拟电压按变化范围分成 8 个等级。每个等级规定一个基准值 , 例如 O~0.5V 为一个等级 , 基准值为 OV, 二进制代码为 000，6.5~7V 也是一个等 级 , 基准值为 7V, 二进制代码为 111, 其他各等级分别为该级的中间值为基准值。凡属于某一等级范围内的模拟电压值 , 都取整用该级的基准值表示 。例如 3.3V, 它在2.5-3.5V 之间 , 就用该级的基准值 3V 来表示 , 代码是 011 。显然 , 相邻两级间的差值就是△ =1V, 而各级基准值是△ 的整数倍。模拟信号经过以上处理 , 就转换成以△为单位的数字量了 。 上述过程可用下图表示出来。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 . 5 V 1 . 5 V 2 . 5 V 3 . 5 V 4 . 5 V 5 . 5 V 6 . 5 V 7 V 000 001 010 011 100 101 110 111 量化级 模拟信号 基准值 数字信号 7 △ = 7 6 △ = 6 5 △ = 5 4 △ = 4 3 △ = 3 2 △ = 2 1 △ = 1 0 △ = 0 所谓量化 , 就是把采样电压转换为以某个最小单位电压△ 的整数倍的过程。分成的等级称为量化级 , △ 称为量化单位。所谓编码 , 就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。 采样后得到的采样值不可能刚好是某个量化基准值 , 总会有一定的误差 , 这个误差称为量化误差。显然 , 量化级越细 , 量化误差就越小 , 但是 , 所用的二进制代码的位数就越多 , 电路也将越 复杂。 二、常见A-D转换器分析： 1、并联比较型A-D转换器 2、逐次比较型A-D转换器 3、双积分型A-D转换器 1、并联比较型A-D转换器 并联比较型A-D转换器的电路如下图所示。它由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成，输出的各位数码是一次形成的，它是转换速度最快的一种A-D转换器。 图中由8个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成1/8UREF-7/8UREF共7种量化电平 7个量化电平分别加在7个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压uI加在比较器的同相输入端。当uI大于或等于量化电平时，比较器输出为1，否则输出为0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D0 D1 D2 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 编码器输出 比较器输出 输入模拟电压uI 比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码D2D1D0。 并联比较型A-D转换器转换精度主要取决于量化电平的划分，分得越精细，精度越高。这种ADC的最大优点是具有较快的转换速度，但是，所用的比较器和其他硬件较多，输出数字量位数越多，转换电路将越复杂。因此，这种类型的转换器适用于高速度、低精度要求的场合。 2、逐次比较型A-D转换器 （1