《[工学]康华光《数字电子技术》第五版 课件 第09章 模数与数模转换器02》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]康华光《数字电子技术》第五版 课件 第09章 模数与数模转换器02（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2. A/D2. A/D2. A/D2. A/D转换器分类转换器分类转换器分类转换器分类 并联比较型并联比较型并联比较型并联比较型特点特点特点特点: : : : 转换速度快转换速度快转换速度快转换速度快, , , ,转换时间转换时间转换时间转换时间 10ns 110ns 110ns 110ns 1 s, s, s, s, 但电路复杂。但电路复杂。但电路复杂。但电路复杂。 逐次逼近型逐次逼近型逐次逼近型逐次逼近型特点特点特点特点: : : : 转换速度适中转换速度适中转换速度适中转换速度适中, , , ,转换时间转换时间转换时间转换时间 为几为几为几为几 s 100 s 100 s 100 s
2、100 s, s, s, s, 转换精度高，在转换精度高，在转换精度高，在转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 双积分型双积分型双积分型双积分型 特点特点特点特点: : : : 转换速度慢转换速度慢转换速度慢转换速度慢, , , ,转换时间转换时间转换时间转换时间 几百几百几百几百 s s s s 几几几几ms,ms,ms,ms,但抗干扰能力最强。但抗干扰能力最强。但抗干扰能力最强。但抗干扰能力最强。取取取取样样样样时间上离散的信号时间上离散的信号
3、时间上离散的信号时间上离散的信号保持、量化保持、量化保持、量化保持、量化量值上也离散的信号量值上也离散的信号量值上也离散的信号量值上也离散的信号编编编编码码码码模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号时间上和量值上都连续时间上和量值上都连续时间上和量值上都连续时间上和量值上都连续数字信号数字信号数字信号数字信号时间上和量值上都离散时间上和量值上都离散时间上和量值上都离散时间上和量值上都离散9.2.1 9.2.1 9.2.1 9.2.1 A/DA/DA/DA/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程转换的一般工作过程转换的一般工作过程A/DA/DA/DA/D转换器一般要包括转换器一般要包括转换器一般要包括
4、转换器一般要包括取样，取样，取样，取样， 保持，量化及编码保持，量化及编码保持，量化及编码保持，量化及编码4 4 4 4个过程个过程个过程个过程。1. 1. 1. 1. 取样与保持取样与保持取样与保持取样与保持 采样是将随时间连续变化的模采样是将随时间连续变化的模采样是将随时间连续变化的模采样是将随时间连续变化的模 拟量转换为在时间离散的模拟量拟量转换为在时间离散的模拟量拟量转换为在时间离散的模拟量拟量转换为在时间离散的模拟量。 采样信号采样信号采样信号采样信号S(t)S(t)S(t)S(t)的频率愈高，所采的频率愈高，所采的频率愈高，所采的频率愈高，所采 得信号经低通滤波器后愈能真实得信号经
5、低通滤波器后愈能真实得信号经低通滤波器后愈能真实得信号经低通滤波器后愈能真实 地复现输入信号。合理的采样频地复现输入信号。合理的采样频地复现输入信号。合理的采样频地复现输入信号。合理的采样频 率由采样定理确定率由采样定理确定率由采样定理确定率由采样定理确定。 采样定理：设采样信号采样定理：设采样信号采样定理：设采样信号采样定理：设采样信号S S S S( ( ( (t t t t) ) ) )的频的频的频的频 率为率为率为率为f f f fs s s s，输入模拟信号输入模拟信号输入模拟信号输入模拟信号 I I I I( ( ( (t t t t) ) ) )的最的最的最的最 高频率分量的频率
6、为高频率分量的频率为高频率分量的频率为高频率分量的频率为f f f fimaximaximaximax，则则则则 f f f fs s s s 2 2 2 2f f f fimaximaximaximaxS(t)=1:S(t)=1:S(t)=1:S(t)=1:开关闭合开关闭合开关闭合开关闭合S(t)=0:S(t)=0:S(t)=0:S(t)=0:开关断开开关断开开关断开开关断开 O O O O(t)(t)(t)(t) I I I I(t)(t)(t)(t) TGTGTGTG S S S S(t)(t)(t)(t) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O O O O (t)(t)(t
7、)(t) S S S S(t)(t)(t)(t) I I I I (t)(t)(t)(t) t t t t t t t t t t t t T T T TS S S S I I I I t t t t O O O O t t t t t t t t6 6 6 6 t t t t5 5 5 5 t t t t4 4 4 4 t t t t3 3 3 3 t t t t2 2 2 2 t t t t1 1 1 1 t t t t0 0 0 0 0 0 0 0 (b) 波形图 采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量采得模拟信号
8、转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量 化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模 拟信号保持一段时间。拟信号保持一段时间。拟信号保持一段时间。拟信号保持一段时间。采样采样采样采样保持保持保持保持取样与保持取样与保持取样与保持取样与保持电路及工作原理电路及工作原理电路及工作原理电路及工作原理 I I I I A A A A1 1 1 1 A A A A2
9、 2 2 2 S S S S C C C CH H H H 开关驱开关驱开关驱开关驱 动电路动电路动电路动电路 采样采样采样采样保持保持保持保持 控制电路控制电路控制电路控制电路 O O O O 2. 2. 2. 2. 量化与编码量化与编码量化与编码量化与编码数字信号在数值上是离散的。采样数字信号在数值上是离散的。采样数字信号在数值上是离散的。采样数字信号在数值上是离散的。采样 保持电路的输出电压还需按保持电路的输出电压还需按保持电路的输出电压还需按保持电路的输出电压还需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能某种近似方式归
10、化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。是某个最小数量单位的整数倍。是某个最小数量单位的整数倍。是某个最小数量单位的整数倍。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是经编码后得到的代码就是经编码后得到的代码就是经编码后得到的代码就是A/DA/DA/DA/D转换器输出的数字量。转换器输出的数字量。转换器输出的数字量。转换器输出的数
11、字量。 量化量化量化量化3. 3. 3. 3.编码编码编码编码在量化过程中由于所采样电压不一定能被在量化过程中由于所采样电压不一定能被在量化过程中由于所采样电压不一定能被在量化过程中由于所采样电压不一定能被 整除，所以量化前整除，所以量化前整除，所以量化前整除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用 表示。表示。表示。表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差
12、，它是无法消除的。A/DA/DA/DA/D转换器的位数越转换器的位数越转换器的位数越转换器的位数越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。 两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方 式。式。式。式。 4. 4. 4. 4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差量化误差：量化前的电压与量化后的电
13、压差量化误差：量化前的电压与量化后的电压差量化误差：量化前的电压与量化后的电压差5. 5. 5. 5.量化方式量化方式量化方式量化方式LSBLSBLSBLSB1 1 1 1maxmaxmaxmax= = = = V V V V8 8 8 87 7 7 70 0 0 01 1 1 1V V V V8 8 8 86 6 6 6V V V V8 8 8 85 5 5 5V V V V8 8 8 84 4 4 4V V V V8 8 8 83 3 3 3V V V V8 8 8 82 2 2 2V V V V8 8 8 81 1 1 1111111111111110110110110101101101
14、1011001001001000110110110110100100100100010010010010000000000000 0 0 0=0 =0 =0 =0 v v v v7 7 7 7=7/8 =7/8 =7/8 =7/8 v v v v6 6 6 6=6/8 =6/8 =6/8 =6/8 v v v v5 5 5 5=5/8 =5/8 =5/8 =5/8 v v v v4 4 4 4=4/8 =4/8 =4/8 =4/8 v v v v3 3 3 3=3/8 =3/8 =3/8 =3/8 v v v v2 2 2 2=2/8 =2/8 =2/8 =2/8 v v v v1 1 1 1
15、=1/8 =1/8 =1/8 =1/8 v v v v输入信号输入信号输入信号输入信号编码编码编码编码量化后量化后量化后量化后 电压电压电压电压a ) a ) a ) a ) 只舍不入量化方式只舍不入量化方式只舍不入量化方式只舍不入量化方式: : : :量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。最大量化误差为：最大量化误差为：最大量化误差为：最大量化误差为：最小量化单位最小量化单位最小量化单位最小量化单位1/8V1
