模拟电路子系统的设计.ppt

2.4.3A/D转换器模拟信号采样保持量化编码由于输入的模拟信号在时间上是连续量，把模拟量转换成数字量，便于计算机或CPU等进行处理，一般的A/D转换过程为：采样、保持、量化和编码，如图所示。1．A/D转换原理数字信号A/D转换的信号处理过程每次把采样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，在每次采样以后，必须把采样电压保持一段时间。采样：把在时间上是连续的输入模拟信号ui转换成在时间上是离散的信号，输出脉冲波的包络仍反映输入信号幅度的大小。采样定理，采样信号的频率fs和输入模拟信号的最高频率fimax之间必须满足下述条件:采样和保持fs≥2fimax量化和编码用数字量表示采样电压时，也必须把它化成这个最小数字量单位的整数倍，这个转化过程就叫做量化，所规定的最小数量单位叫做量化单位，用S表示。编码是把量化的数值用二进制代码表示。把编码后的二进制代码输出就得到A/D转换的输出信号，对同一输入波形，S越小，分辨率将越高，编码时所需二进制代码位数就越多。A/D转换器分类A/D转换器（ADC）：把模拟量转换成数字量，便于计算机或CPU等进行处理。A/D转换芯片分类如下：根据转换原理可分为逐次逼近型、双积分型、V/F变换型按转换方法可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器；按其分辨率可分为4~16位的A/D转换器芯片。原理：用内部D/A的输出和A/D的输入进行比较，从最高位开始。特点：速度较快，精度较高：常用逐次逼近式ADC的转换原理双积分式ADC的转换原理原理：VT型间接转换器，T2=VREF*T1/VINT2为VREF反向积分时间，T1为VIN正向积分时间特点：速度慢，精度高：用于高精度、低速场合A/D转换器主要技术指标分辨率：输出数字量变化一个最低有效位（LeastSignificantBit——LSB）所对应的输入模拟电压变化量。常用二进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者说分辨率为满刻度FS的1/2n。例：一个10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最小值是10V×1/212=2.4mV。为A/D转换器输出二进制位数2、量化误差ADC用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行离散量化而引起的误差。要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。理论上是一个单位分辨率，即±1/2LSB。提高分辨率可以减少量化误差D/A转换器件选择指南D/A转换芯片的选择原则：考虑芯片的性能、结构及应用特性。在性能上必须满足D/A转换的技术要求；在结构和应用特性上应满足接口方便、外围电路简单、价格低廉等要求。选择要点D/A转换芯片的性能指标静态指标；动态指标：建立时间、尖峰等环境指标：增益温度参数D/A转换芯片的结构特性（原理）数字输入：包括接受数码制，数据格式以及逻辑电平等模拟输出：例，电流输出型、电压输出型等等锁存特性及转换控制参考源:参考源配制，输入数字码与模拟输出电压的极性参考源电路的配置转换接口中常用的几种参考电源电路输出设计（单极性）目前大多数D/A转换器输出的模拟量均为电流量，需通过放大器才能转换成模拟电压输出。=-A（0≤A＜1）输出设计（双极性）=-（2A-1）（0≤A＜1）单极性：1LSB=VR/210双极性：1LSB=VR/29灵敏度降了一倍常用D/A转换芯片常用D/A转换芯片常用D/A转换芯片8位D/A转换器DAC0832及应用内部结构引脚功能ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。CS：输入寄存器选择信号，低电平有效。WR1：输入寄存器写选通信号1，低电平有效。输入锁存器的锁存信号LE1由ILE、WR1、CS的逻辑组合产生。当ILE为高电平，WR1和CS同为低电平时，LE1为正脉冲，寄存器随数据线变化；当LE1为负脉冲，数据线锁存到锁存器中。XR2：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号，低电平有效。XFER：数据传送控制信号，低电平有效。单击此处可添加副标题引脚功能(续)D0-D7：8位数字输入端。Iout1：DAC电流输出端1，为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC寄存器内容随输入端代码线性变化，DAC寄存器的内容为全1时，Iout1最大；全为0时，Iout1最小。Iout2：电流输出端2。Iout1+Iout2=常数,此常数对应于固定基准电压的满量程电流。RFB：反馈电阻。反馈电阻被制作在芯片内