数字电路制作与调试项目化教程（活页式） 课件 193 AD转换器.pptx

A/D转换器

由于输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号在时间和幅值都是是离散的，因此转换时一般要经过取样、保持、量化和编码四个过程。实际中有时取样和保持、量化和编码会同时实现。D111101…A/DA(电压或电流)A/D转换器是将模拟量转换成数字量所以A/D转换过程是首先对输入模拟电压信号进行取样，然后保持并将取样电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。1.A/D转换的原理

1.取样定理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。为了使得取样信号能逼近输入模拟信号，则取样信号应该有足够高的频率。为了保证取样信号将被取样信号恢复，其频率关系必须满足取样定理。下图为对某个输入信号进行采样的波形。其中vs为取样信号，vI表示输入的模拟信号。1.A/D转换的原理

取样定理为：一般取注：在取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号时都需要一定的时间,而且为了给后续的量化编码提供一个稳定值，则每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。一般取样和保持过程往往是通过取样－保持电路同时完成的。若fs为取样信号的频率，fi（max）为输入模拟信号的最高频率分量的频率，则它们必须满足:1.A/D转换的原理

2.量化和编码1）量化数字量不仅时间上是离散的，而且数值上也是离散的，所以任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍，称为量化。所取得最小数量单位叫做量化单位，用△表示，它是数字信号最低位（LSB）为1,其它位为0时所对应的模拟量，即1LSB。10.3.1A/D转换的原理

2）量化方式：a.只舍不入量化方式以3位A/D转换器为例设输入电压vI为0~1V，取量化单位△＝1/8V，量化中把不足量化单位部分舍弃，如0~1/8V都当成0V处理，用000表示；在1/8~2/8V都当成1△处理，即当成1/8V处理，用001表示，依此类推，如右图（a）所示，其最大量化误差为△。1.A/D转换的原理

注：由于后者的量化误差比前者小，所以大多数A/D转换器采用四舍五入的量化方式。取量化单位为△＝2/15V，量化中将不足半个量化单位部分舍去，对于等于或大于半个量化单位的部分按一个量化单位处理。如0~1/15V当0V处理，用000表示；在1/15～3/15V当成1△处理，即2/15V，用001表示，依此类推，如图11.3.2(b）所示，其最大量化误差为1/2△。b.四舍五入量化方式当输入的模拟电压为正负范围内变化时，一般采用二进制补码的形式编码。1.A/D转换的原理

A/D转换器的转换精度与转换速度：1、A/D转换器的转换精度在单片集成的A/D转换器中转换精度也采用分辨率（又称为分解度）和转换误差来描述。a.分辨率：A/D转换器的分辨率是输出二进制数或十进制数的位数表示。它表示A/D转换器对输入信号的分辨能力。2.A/D转换的主要技术指标

*从理论上讲，n位二进制数字输出的A/D转换器能区分2n不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n（FSR/2n,FSR－输入电压满量程刻度）。分辨率所描述的为A/D转换器的固有误差－量化误差△，在最大输入电压一定时，其输出位数越多，量化误差越小，分辨率越高。如10位二进制A/D转换器，若最大输入信号为5V，则应能区分输入信号的最小电压为5V/210=4.88mV.2.A/D转换的主要技术指标

一般是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器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。通常以最低有效位的倍数给出，如若转换误差为±LSB/2，则说明实际输出的数字量和理论上应得的输出数字量之间的最小误差小于最低有效位的半个字。b.转换误差：2、A/D转换器的转换速度A/D转换器转换速度是用转换时间来描述，转换时间定义为A/D转换器从转换控制信号到来时起，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器类型不同，转换速度差别很大。2.A/D转换的主要技术指标