江西师范大学数字电子技术课件第十一章 第二节 模拟-数字转换器.ppt

第二节 模-数转换 * 第一节模拟-数字转换器 A/D转换器的基本原理 取样-保持电路 并联比较型A/D转换器 A/D转换器的转换精度和转换速度 反馈比较型A/D转换器 V- F变换型A/D转换器 下页 总目录 推出 下页 返回 上页 1. 取样定理 一、 A/D转换器的基本原理 对输入模拟信号的取样 模拟信号 取样信号 取样信号必须有 足够高的频率 取样频率 vI最高频率 下页 返回 上页 还原取样信号所用滤波器的频率特性 满足取样定理条件下， 可用低通滤波器将取样信号还原为输入模拟信号。 下页 返回 上页 2. 量化和编码 量化： 进行A/D转换时， 取样电压表示为数字信号所取的最小数量单位的整数倍, 所取最小数量叫做量化单位，用Δ表示。 数字信号最低有效位的1所代表的数量大小就等于Δ。 编码：把量化的结果用代码表示出来， 这些代码是A/D转换的结果。 量化误差：量化过程引入的误差。 当输入的模拟电压在正、负范围内变化时， 一般要求采用二进制补码的形式编码。 下页 返回 上页 二、取样-保持电路 模拟开关 控制信号 vL为高电平时T导通，取样。 vL返回低电平后T截止，保持。 取样—保持电路的基本形式 以上电路很不完善，取样速度受限制。 动画 下页 返回 上页 集成取样-保持电路LF398 vL为高电平时S闭合，电路处于取样工作状态。 vL返回低电平后S 断开，电路进入保持状态。 典型接法 LF398 2 3 8 7 6 5 1 4 2 3 8 7 6 5 电路结构 下页 上页 返回 三、并联比较型A/D转换器 并联比较型A/D转换器属于直接A/D转换器，它能将输入的模拟电压直接转换为输出的数字量而不需要经过中间变量。 图示电路输入为0~VREF间的模拟电压，输出为3位二进制数码d2d1d0。 下页 上页 返回 四、反馈比较型A/D转换器 1. 计数型A/D转换器 转换开始前先用复位信号将计数器置零， 而且转换控制信号应停留在vL=0的状态。 并行数字输出 计数器 输出寄存器 下页 上页 返回 当vL变为高电平时开始转换，计数器开始计数， vO不断增加。 当增至vO = vI时， vB=0将门封锁，计数器停止计数，这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号。 并行数字输出 计数器 输出寄存器 这种方案的明显缺点是转换时间太长。 下页 上页 返回 2. 逐次渐近型A/D转换器 并行数字输出 转换开始前先将寄存器清零，所以加给D/A转换器的数字量也全是0。 下页 上页 返回 并行数字输出 转换控制信号vL变为高电平时开始转换，时钟信号首先将寄存器的最高位置成1，使寄存器的输出为100…00。这个数字量被D/A转换器转换成相应的模拟电压vO，并送到比较器与输入信号vI进行比较。 下页 上页 返回 如果vO vI，说明数字过大了，则这个1应去掉； 如果vO vI ，说明数字还不够大，这个1应保留。 然后，再按同样的方法将次高位置1，并比较vO与vI的大小以确定这一位的1是否应当保留。 这样逐位比较下去，直到最低位比较完为止。这时寄存器里所存的数码就是所求的输出数字量。 逐次渐近型A/D转换器的转换速度比并联比较型A/D转换器低，但比计数型A/D转换器的转换速度要高得多。而且在输出位数较多时，逐次渐近型A/D转换器的电路规模要比并联比较型小得多。因此逐次渐近型A/D转换器是目前集成A/D转换器产品中用得最多的一种电路。 下页 上页 返回 计 数 器 寄 存 器 五、V- F变换型A/D转换器 并行数字输出 单稳态触发器 计数脉冲 V-F 变换器 V-F变换型A/D转换器的电路结构框图 下页 上页 返回 六、A/D转换器的转换精度与转换速度 单片集成的A/D转换器采用分辨率和转换误差来描述。 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示， 说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出， 表示实际输出的数字量 和理论上应有的输出数字量之间的差别。 1. A/D转换器的转换精度