《ADC选型与基本原理(TI)课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ADC选型与基本原理(TI)课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ADCselectionandBasicprinciples Basicprinciples 采样过程是通过模拟电子开关S实现的 模拟电子开关每隔一定的时间间隔闭合次 当一个连续的模拟信号通这个电子开关时 就会转换若干个离散的脉冲信号 输入模拟电压 CP 取样展宽信号 电子开关S受CP控制 N位数字量输出 通过采样脉冲的作用 转换成时间上离散 但幅值上仍连续的离散模拟信号 量化编码就是先将幅值连续可变的采样信号量化成幅值有限的离散信号 再将这些离散信号用对应量化电平的一组二进制代码表示 ui Inputsignalwaveformsamplingcircuit Discretesampling
2、circuitoutputwaveform SamplingIntervalTime SampleHoldingTime Basicsampled datasystems ThefigureshowsatypicalsampleddataDSPsystemblockdiagram Theactualanalog to digitalconversion analogsignalusuallymustgothroughcertaintypesofsignalconditioningcircuits thesesignalstoperformasamplification attenuation
3、andfilteringsuchfunctions Requireslow pass bandpassfiltertounwantedsignalseliminatedfromtheusefulbandwidth andcanpreventtheoccurrenceofaliasing 1 SamplingandkeepingSamplingTheorem Nyquist sLaw asignalwithabandwidthfmustbesampledatarate 2 orinformationaboutthesignalwillbelost Ifthesamplingfrequencyle
4、ssthantwicethebandwidthoftheanalogsignal aliasingphenomenonappears usually 3 5 Quantizationandcoding1 Quantization Digitalsignal notonlyintimeisdiscrete butalsonumericalvalueofthechangeisnotcontinuous Thatthesizeofanydigitalisonlyacertainspecifiedminimumnumberofintegerunits Therefore beforeA Dconver
5、sionmustalsobesampledvoltageintothesmallestintegralmultipleofthenumberofunits theconversionprocessisknownas quantitative 2 coding Thequantizedsignalwiththecorrespondingquantizationlevelofabinarycodetorepresenttheprocesscalledencoding Quantifythevoltagedifferencebetweenthetwoiscalledquantizationinter
6、valS themedianquantitativevoltagemorefinerquantizationlevel Svalueswillbecome Eg To0 1Vanalogvoltageforthethreebinaryencoding Analogvoltage Binarycode 000 001 010 011 100 101 110 111 Codecorrespondingtothediscretelevelsimulation 0 0V 1 1 8V 2 2 8V 3 3 8V 4 4 8V 5 5 8V 6 6 8V 7 7 8V Wecansee themaxim
7、umquantizationerroris 1 8V Classification 1 SAR 逐次逼近 型ADC 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成 从MSB开始 顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较 经n次比较而输出数字值 其电路规模属于中等 其优点是速度较高 功耗低 在低分辩率 12位 时价格很高 TLC0831 德州仪器公司 TI 推出的TLC0831 2是广泛应用的8位A D转换器 TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度 TLC0832的基准输入在片内与VCC连接 TLC0831 2的操作非常类似TLC0834 8 更多输入通道 为以后
8、升级提供便利 2 Delta Sigma 调制型ADC 型AD由积分器 比较器 1位DA转换器和数字滤波器等组成 原理上近似于积分型 将输入电压转换成时间 脉冲宽度 信号 用数字滤波器处理后得到数字值 电路的数字部分基本上容易单片化 因此容易做到高分辨率 主要用于音频和测量 3 右图为12位流水线ADC的结构图 输入Vin首先被采样 保持 S H 电路所采样 同时第一级的闪速ADC把它量化为3位 此3位输出送给一3位DAC 具有12位精度 输入信号减去此DAC的输出 放大4倍送给下一级 第二级 继续重复上述过程 每级提供3位 直到最后一级4位闪ADC 对应 某一次采样 由于每级在不同的时间得到
9、变换结果 因此在进行数字误差校正前用移位寄存器对各级的结果先按时间对准 注意只要某一级完成了某一采样的变换 得到结果并把差值送给下一级 它就可以处理下一个采样 因此流水线操作提高了处理能力 流水线ADC结构适合于几Msps到100Msps采样速率 其复杂性随分辨率的增加只是线性 而不是指数 增加 具有高速 高精度和低功耗特性 适用于各种场合 特别是数字通讯领域 在这些领域中转换器的动态性能经常比微分非线性 DNL 和积分非线性等传统的ADC特性更重要 在大多数的应用中 流水线ADC的数据延迟都无关紧要 ADCmainkeyspecifications 1 ResolutionADCoutput
10、isusuallyexpressedinbinarybits Themorebits thesmallertheerror thehighertheconversionaccuracy 2 ConversiontimeADCreferstothecompletionofameasurementoftheanalog to digitalconversioniscompletedtheamountoftimerequired ItreflectsthespeedofADCconversionrate 3 AbsoluteAccuracyItMeanstheADCconvertedfromdigi
11、taltoanalogrepresentstheactualdifferencebetweenanaloginputvalues usuallyrepresentedbydigitalsimulationofthelowestinputUlsb 最低有效位电压 tomeasure 4 SFDR SpuriousFreeDynamicrange INADC 无杂散动态范围是指载波频率 最大信号成分 的RMS 有效值 幅度与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比 SFDR通常以dBc 相对于载波频率幅度 表示 5 SNR SignaltoNoiseRatio Affecttheusefulsi
12、gnalpowerandnoisepowerratioofsignal 6 OffsetError Inputsignaliszero butthevalueoftheoutputsignalisnotzero Itcanbesolvedbyusingaexternalpotentiometertotheminimum 7 线性度 Linearity 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移 8 其他指标还有 相对精度 RelativeAccuracy 微分非线性 单调性和无错码 总谐波失真 TotalHarmonicDistotortion缩写THD 和积分非线性 ADCINTI Basic
13、ADC ADC0809 左图是ADC0809集成芯片的引脚图 它是一个28脚的芯片 采用CMOS工艺制成的8位ADC 内部采用逐次比较结构形式 各引脚的作用如下 IN0 IN7为8个模拟信号输入端 由地址译码器控制将其中一路送入转换器进行转换 ADDRESS的A B C D是模拟信道的地址选择 CP为时钟脉冲输入端 ALE是地址锁存允许信号 高电平时可进行模拟信道的地址选择 START是启动信号 上升沿将寄存器清零 下降沿开始进行转换 EOC为模数转换结束 高电平有效 2 1 2 8是数字量输出端口 REF 为正参考电压输出 REF 是负参考电压输出 集成ADC0809芯片内部包括模拟多路转换
14、开关和A D转换两大部分 模拟多路转换开关由8路模拟开关和3位地址锁存器与译码器组成 地址锁存器允许信号ALE将三位地址信号A B C和D进行锁存 然后由译码电路选通其中一路摸信号加到A D转换部分进行转 换 A D转换部分包括比较器 逐次逼近寄存器SAR 256R电阻网络 树状电子开关 控制与时序电路等 另外具有三态输出锁存缓冲器 其输出数据线可直接连CPU的数据总线 ADS5483ADC拥有同类竞争解决方案难以企及的高信噪比 SNR 与无杂散动态范围 SFDR 可通过第二奈奎斯特区 Nyquistzone 接收来自DC的输入频率 采样速率为135MSPS的ADC在输入频率 IF 为70MH
15、z时可实现78 6dBFS的SNR以及95dBc的SFDR 与同类ADC相比 SNR高出3 5dB SFDR高出8dB 更高性能ADS5483能够显著增强设计灵活性 进而使众多应用受益匪浅 例如 其不仅可针对测量测试系统提供更高的准确度 而且还能凭借更高带宽在包括空中接口等在内的无线通信领域提供更高的灵敏度 如WCDMA TD SCDMA WiMAX 全球微波互联接入 LTE以及多载波3GSM等 奈奎斯特带宽被定义为从dc到fs 2的频谱 该频谱被分割为一个有着无限数目的奈奎斯特区 如图所示 每个区有一个与0 5fs相等的带宽 实际上理想的采样器 继FFT处理器之后 由ADC所取代 FFT处理
16、器只能提供从dc到fs 2的输出 如出现在第一个奈奎斯特区中的信号或混叠 ADS795x该系列器件不仅可针对高密度应用实现优异的线性与AC性能 而且优化后还能最大限度地提升诸如手持式医疗仪器 可编程逻辑控制器以及数字电源等电池供电及低电压应用的性能 ADS795x产品系列高度集成了众多组件 如GPIO 可编程告警阈值 板上定序器以及SPI兼容接口等 能最大限度地降低板级空间要求 并简化与主机设备的连接及相关软件 ADS54R463该新型管线式ADC可针对高于500MHz的输入频率 IF 提供业界最广的无杂散动态范围 SFDR 以及最高的信噪比 SNR 从而不仅可为数字预失真 DPD 解决方案实现更高效的功率放大器线性化 为影像与通信系统实现更广的覆盖范围与更高的灵敏度 而且还可为宽带测试与测量设备实现更高的精确度 ADS5485ADS5485具备的高速度 高分辨率以及超低噪声等优异特性可显著优化有关应用的性能 例如 该款ADC可针对70MHz输入频率 IF 实现75dBFS信噪比以及87dBc无杂散动态范围 ADS5485通过集成全差动输入缓冲器简化了模拟前端设计 该缓冲器采用TI的B
