数模和模数转换器m.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 实际中采样值量化的方法通常采用四舍五入法。当最小量化间隔为S时，若采样电压的尾数不足S/2，则舍尾取整得其量化值；若采样电压的尾数等于或大于S/2，则四舍五入，在原整数上加1。 已知S＝1V，若采样电压等于2.1V时，量化电压等于2V；若采样电压等于2.5V时，量化电压等于3V。 舍尾取整法 四舍五入法 不论何种量化方式，量化过程中必然存在被测 输入量与量化值之间的误差。若要减小ε，就应在测量范围内减小量化间隔S，即增加数字量X的位数和模拟电压的最大值um。四舍五入量化方式的量化当量按下式选取： 例 第三十页，共五十页，2022年，8月28日 将0?1V的模拟电压编码为三位二进制代码。 方法一：取ε＝1/8 V，0 ?1/8 V 的电压以0×ε表示，则 模拟电压 0V 1/8 V 2/8 V 3/8 V 4/8 V 5/8 V 6/8 V 7/8 V 1V 二进制编码 000 001 010 011 100 101 110 111 代码对应的模拟离散电平 0 ε→0V 1 ε→1/8 V 12ε→2/8 V 3 ε→3/8 V 4ε→4/8 V 5ε→5/8 V 6ε→6/8 V 7ε→7/8 V 可见，量化误差最大达ε=1/8 V。 例 第三十一页，共五十页，2022年，8月28日 方法二：取ε＝2/15 V，0 ?1/15V 的电压以0×ε表示，则 0 ?→0V ? 1 ?→2/15 V 2?→4/15 V 3?→6/15 V 4?→8/15 V 5?→10/15 V 6?→12/15 V 7?→14/15 V 将0?1V的模拟电压编码为三位二进制代码。 例 0V 1/15 V 3/15 V 5/15 V 7/15 V 9/15 V 11/15 V 13/15 V 1V 模拟电压 二进制编码 000 001 010 011 100 101 110 111 代码对应的模拟离散电平 可见，量化误差最大达ε/2=1/15 V。（比上例量化误差小） 第三十二页，共五十页，2022年，8月28日 分辨率 通常用ADC输出的二进制位数来表示。位数越多，误差越小，转换精度越高。 指ADC完成一次对模拟量的测量到数字量的转换完成所需的时间。它反映了ADC转换的快慢速度。 指ADC转换后所得数字量所代表的模拟量与实际模拟输入值之差，通常以数字量最低位所代表的模拟输入值ULSB来衡量。如相对精度不大于ULSB/2时，说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不超过ULSB/2。 7.2.2 ADC的主要技术指标 转换速度 相对精度 第三十三页，共五十页，2022年，8月28日 7.2.3 逐次比较型ADC结构组成及转换原理 逐次渐近寄存器 读出 “与”门 逻辑 控制门 电压 比较器 四 位 DAC Q FF3 S R Q S R Q S R d0 ? ? + ? + Ui CP d1 d2 E ? ≥1 ? ≥1 Q S R FF2 FF1 FF0 ≥1 ? UA d3 ? ? 五位顺序脉冲发生器 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 d0 d1 d2 d3 ? ? 第三十四页，共五十页，2022年，8月28日 逐次比较型ADC是集成ADC芯片中使用较多的一种，它通过对输入量的多次比较，最终得到输入模拟电压量化编码的输出。 当ui≥uF时，比较器输出0，控制器控制寄存器保留最高 位的1，次高位置“1”；当ui≤uF时，比较器输出“1”，控制 器控制寄存器最高位置“0”，次高位置“1”。寄存器内数据 经DAC电路后输出反馈信号到比较器，进行第二次比较， 并将比较结果送入逻辑控制器，送入“0”时保留寄存器中 高两位的值，并将第三位置“1”，若送入1保留最高位，次 高位置“0”，第三位置“1”，寄存器内数据经DAC电路后输 出反馈信号到比较器，……经过逐次比较，直至得到寄存 器中最低位的比较结果。比较完毕，寄存器中的状态(即 产生的数码)就是所要求的ADC输出的数字量。 工作原理 第三十五页，共五十页，2022年，8月28日 双积分型ADC的基本原理是对输入模拟电压ui和参考电压各进行一次积分，先将模拟电压ui转换成与其大小相对应的时间间隔T，再在此时间间隔内用计数率不变的计数器进行计数，计数器所计下的数字量正比于输入的模拟电压ui。 度较慢，但是它的电路不复杂，在数字万用表等对速度要 求不高的场合，常使用双积分型ADC。 双积分型ADC的转换速 7.2.4 双积分型ADC的结构组成及转换原理 －UR ui S1 R S2 C Uo 积分器 0比较器 CP 数字量输出 _ +