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数字电子技术Dch10-2

2. A/D转换器分类 10.2.1 A/D转换的一般工作过程 10.2.1 A/D转换的一般工作过程 取样-保持电路工作原理 2. 量化与编码 量化与编码的方法 量化与编码的方法 量化与编码的方法 量化与编码的方法 10.2.2 并行比较型A/D转换器 分级并行转换10位A/D转换器 2. 逐次比较型A/D转换器 * * 10.2.1 A/D转换的一般工作过程 10.2.2 并行比较型A/D转换器 10.2.3 逐次比较型A/D转换器 10.2.4 双积分式A/D转换器 10.2.5 A/D转换器的主要技术指标 10.2 A/D 转换器 10.2.6 集成A/D转换器及其应用 1. A/D功能: A/D转换是将时间上连续,幅值也连续的模拟量转换为时间上离散,幅值也离散的数字信号的过程。它一般要包括取样, 保持,量化及编码4个过程。 A/D转换器概述 将模拟电压成正比地转换成数字量。 A/D D7~D0 输出数字量 输入模拟电压 0 ~ 5V~分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位 ① 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns ~1?s, 硬件代价最高。 ② 逐次逼近型 特点: 转换速度中,转换时间 几?s ~100 ?s, 转换精度高,在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 ③ 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百?s ~几ms,但抗干扰能力最强。 1. 取样与保持 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。 取样信号S(t)的频率愈高,所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。 采样定理:设取样信号S(t)的频率为fs,输入模拟信号?I(t)的最高频率分量的频率为fimax, 则 fs ≥ 2fimax (10.2.1) 一般取fs 2fimax。 1. 取样与保持 将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定时间,为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值,所采得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。 取样与保持过程往往是通过取样——保持电路同时完成的。 # 为什么需要保持电路? 采样 保持 ? I ?O AV1?AV2= 1 A1 的Ri 高 A2 的Ri 高 A2 的Ro低 对取样-保持电路的要求: 不放电 将取样–保持电路的输出电压,按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上。这一转化过程我们称为数值量化,简称量化。 编码就是将量化后的数值(离散电平)用一个代码表示出来的过程。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。 换言之,量化就是把采样—保持的电压化成某个最小单位的整数倍。 量化就是把采样—保持的电压化成某个最小单位的整数倍。 量化单位 =1LSB 编码所采用的代码一般是二进制码。 量化过程常采用两种近似量化方式: 只舍不入量化方式 四舍五入的量化方式 0 1V 输入信号 111 110 101 100 011 010 001 000 编码 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 模拟电平值 0 1V 111 110 101 100 011 010 001 000 输入信号 编码 模拟电平值 0Δ=0 v 1Δ=2/15 v 2Δ=4/15 v 3Δ=6/15 v 4Δ=8/15 v 5Δ=10/15 v 6Δ=12/15 v 7Δ=14/15 v 只舍不入量化方式 四舍五入的量化方式 # 两种量化方式的量化单位各为多少? # 量化时,是否会带来误差?量化误差各为多少? 量化过程中所取最小数量单位称为量化单位用?表示。它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量,即1LSB。 在量化过程中由于取样电压不一定能被?整除,所以量化前后不可避免地存在误差,此误差我们称之为量化误差,用?表示。 量化误差属原理误差,它是无法消除的。A/D转换器的位数越多,各离散电平之间的差值越小,量化误差越小。 只舍不入量化方式:量化中把不足1个量化单位的部分舍弃;最大量化误差为: 四舍五入的量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃,对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。其最大量化误差为: 0 1V 输入信号 111 110 101 100 011 010 001 000 编码 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1

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