转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成.ppt

* A/D 转换器是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。 1、采样与保持 采样是将时间上的连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量。即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。 模拟开关 输入为时间上连续变化的模拟量，输出为时间断续模拟量。 为了保证能从采样信号恢复成原信号，必须满足： 在工程设计中通常取： 模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲，采样脉冲的宽度tw一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度不变，以便进行转换。因此，在采样电路之后须加保持电路。 ☆ 场效应管为采样开关。 ☆ 电容C为保持电容。 ☆ 运放为跟随器，起缓冲隔离作用。 为了能正确用采样输出信号表示输入模拟量，采样脉冲必须有足够高的频率。 VO + - + VI C S(t) VO + - + VI C S(t) 在采样脉冲持续期 t w内：场效应管开关接通，输入模拟信号电压向电容C充电。 假定，充电时常数τ＝RC《t w ，电容C上的电压在 t w 期间随输入信号变化而变化，同时运放输出也会随输入模拟信号 Vi 的变化而变化。 采样脉冲间歇期（ t s 期间)： 场效应开关断开，由于运放输入阻抗很高，MOS管截止电阻也非常高，电容C上的电压无放电通路，那么电容C 上的电压就可以保持到下一个采样脉冲到来。 当下一个采样脉冲到来，场效应开关又接通，VO又随 Vi 变化而变化。在输入一连串采样脉冲序列后，运放输出一连串样值脉冲。这个样值脉冲是输入模拟量的阶梯波。 VO + - + VI C S(t) 什么是量化？ 在采样脉冲tw期间，VO=VI，在两次采样的间隔时间（Ts-tw)时间内，VO保持不变。 （Ts-tw)这段时间供量化和编码。 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。因此，任何一个数字量的大小只能表示某个规定的最小数量单位的整数倍。 在A/D转换过程中，要用数字量来表示断续变化的模拟量时，必须将采样－保持电压归化为某个最小单位的整数倍，这个过程称为量化过程。所取得的最小单位叫做量化单位，用Δ表示。 什么是编码？ 把量化的结果用二进制或二－十进制数表示出来，称为编码。编码输出的最低有效位（LSB)的1所代表的数量大小就等于Δ。 由于模拟信号在时间、数值大小都是连续的，不一定被最小量化单位△整除，所以在量化过程中就可能引入量化误差。 如果数字信号的位数越多，量化的误差就越小。 例如10位A/D最小量化单位： % 把输入信号分为1024层，输入信号分层越多，量化误差越小。 即，数字量位数越多，量化等级越细。 只舍不入法： 是将取样保持信号VO不足一个量化单位Vq的尾数舍去，取其原整数。 有舍有入法： 当取样保持信号VO的尾数Vq/2时，用舍尾取整法得其量化值。 当取样保持信号VO的尾数≥Vq/2时，用舍尾入整法得其量化值。 例：假设最小量化单位为Vq,用两种量化方法求其输入、输出关系。 0≤VIVq 输出编码 输 入 输出编码 输 入 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Vq≤VI2Vq 2Vq≤VI3Vq 3Vq≤VI4Vq 4Vq≤VI5Vq 5Vq≤VI6Vq 6Vq≤VI7Vq 7Vq≤VI8Vq 0≤VI0.5Vq 0.5Vq≤VI1.5Vq 1.5Vq≤VI2.5Vq 2.5Vq≤VI3.5Vq 3.5Vq≤VI4.5Vq 4.5Vq≤VI5.5Vq 5.5Vq≤VI6.5Vq 6.5Vq≤VI7.5Vq 最大量化误差为Vq 最大量化误差为±Vq/2 间接法： 将采样－保持的模拟信号先转换为时间T或频率F,然后再将时间T或频率F转换为数字量。通常采用频率恒定的时钟脉冲通过计数器来实现转换，因此，也称为计数式方法。 间接法A/D转换器特点： 工作速度比较低，但转换精度比较高，抗干扰能力强，一般在测试仪表中用的较多。 直接法： 主要通过2n个量化级电压与输入采样－保持模拟电压进行比较，将比较的结果直接转换为数字量。 直接法A/D转换器特点： 工作速度快，调整方便，