《高分辨率AD转换电路的设计电子信息工程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分辨率AD转换电路的设计电子信息工程（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高分辨率AD转换电路的设计电子信息工程 高分辨率A/D转换电路的设计 院 、 部:电气与信息工程学院 专 业: 电子信息工程 班 级:电子0903 完成时间:2013.5 摘 要 当今社会是一个信息社会,随着通信技术、计算机技术和微电子技术的高速发展,信息技术已渗透到全社会(例如军事、民用)各个角落,特别是在现代控制、通信及检测等领域,而A/D转换技术在信息处理技术中占有重要地位,特别是高速、高分辨率A/D转换器已经成为现代先进的电子设备或电子系统中不可或缺的重要组成部分。它广泛应用于雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能的控制器与传感器、数字化仪表、各种检测控制系统以及包
2、括无线电话和基站接收机在内的数字通讯系统等领域。 本次设计的A/D转换电路由高精度、低温漂的基准源和CPLD构建,实现高精度、高分辨率的16位A/D转换。由系统提供0100mV连续可调的高精度测试用基准源,其中模拟输入电压为0100mV,电压通过精准的放大和偏置后送给集成芯片AD650进行V/F变换,转换出来的频率信号由CPLD电路进行测量,结果送交控制器,产生16位A/D转换结果,最后通过LED显示器来对转换结果进行显示。为了进一步降低干扰,A/D转换和控制电路还采用了光速光电耦合器进行了电气隔离。关键词:V/F;CPLD;频率计;A/D转换 Abstract In todays socie
3、ty is A information society, with the communication technology, computer technology and the rapid development of modern microelectronics technology, information technology has penetrated into the whole society such as military and civilian, especially in the field of modern control, communication an
4、d detection, and A/D conversion technology in information processing technology plays an important role, especially in high speed and high resolution A/D converter has become A modern advanced electronic devices or electronic systems in the indispensable important component. It is widely used in rad
5、ar, sonar, high-resolution video and image display, military and medical imaging, high performance controller and sensors, digital meters, all kinds of detection control system and digital communications, including wireless phone and the base station receiver system, etc It is widely used in radar,
6、sonar, high-resolution video and image display, military and medical imaging, high performance controller and sensors, digital meters, all kinds of detection control system and digital communications, including wireless phone and the base station receiver system, etc.This circuit, which is built in
7、the base of analog devices and complicated programmable logic device CPLD, can deliver 18bit A/D result with high precision. To achieve high precision, The devices that are used in this system should have the characteristic of very love temperature drift .The inputting 0-100mV voltage is first ampli
8、fied and deflected ,and then delivered to AD650 to perform V/FThe outputting frequency is measured with high precision by CPLD, and the Micro-controller calculate the result .To test the performance of the A/D characteristic, a high precise 0-100mV voltage souse is also available in this system. To
9、reduce the disturbance ,a high speed photoelectricity-coupler is used to insulate the A/D part and the control circuit.Key word: V/F;CPLD;cymometer;A/D conversion目 录1绪论1 1.1研究背景及意义1 1.2国内外研究现状2 1.3研究内容及章节安排22.系统方案4 2.1系统设计要求4 2.2系统组成框图和方案论证42.2.1系统组成框图42.2.2系统总体方案的论证4 2.3系统基本方案5 2.4各模块方案选择和论证6 2.5系统
10、各模块的最终方案93.系统的硬件设计与实现10 3.1系统硬件的基本组成部分10 3.2主要单元电路的设计103.2.1 精密测试基准源103.2.2 电压的放大及偏置113.2.3 V/F转换电路的设计123.2.4 等精度频率计的设计163.2.5语音显示部分的设计183.2.6语音电路的设计183.2.7光耦合隔离电路的设计193.2.8基于CPLD的频率计电路203.2.9 LED显示器的设计214. 系统的软件设计23 4.1程序流程图和主程序介绍23 4.2等精度频率计VHDL子程序245.系统测试26 5.1测试仪器26 5.2 电压信号源的输出测试26 5.3 A/D转换线性度
11、测量27 5.4 测试结果误差分析27参考文献29致 谢30附录A31附录B38附录C401绪论1.1研究背景及意义 当今社会是一个信息社会,随着计算机技术、通信技术和微电子技术的高速发展,信息技术已渗透到军事、民用领域的各个角落,特别是在现代控制和通信及检测等领域,为了能够提高系统的性能指标,广泛采用了数字计算机技术对信号的处理。因为系统的实际对象往往都是一些模拟量如压力、温度、图像、位移等,要使数字仪表和计算机能识别、处理这些信号,首先必须将这些模拟信号转换成数字信号;然后经计算机分析。并且处理后输出的数字量也常常需要将其转换为相应的模拟信号才能够为执行机构所接受。 因此,就需要一种能够在
12、模拟信号与数字信号之间起到桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路,称为模数转换器简称为a/d转换器或adc,analog to digital converter, a/d转换器已成为信息系统中不可或缺的组成部分。而高速、高分辨率A/D转换器已经成为现代先进的电子设备或电子系统中不可或缺的重要组成部分。它广泛应用于声纳、雷达、高分辨率图像视频显示、医疗和军事成像、数字化仪表、高性能的控制器与传感器、各种检测控制系统以及包括基站接收和无线电话和在内的数字通讯系统等领域。A/D转换器将现实世界的模拟信号变换成数字信号以便进行处理、传输及其他操作。A/D转换器,按照转换原理
13、不同,主要有以下几种类型的A/D转换器: ?型A/D转换器,又称为过采样A/D转换器。虽然出现得较晚,但却具有分辨率高,价格便宜以及抗干扰能力强等优点,所以其应用已日渐增多。 积分型A/D转换器。也称双斜率或多斜率A/D转换器。应用最为广泛, 具有精度高、抗干扰能力强等优点。比较适合于对转换速度要求不高,环境恶劣的应用场合。 逐次逼近型A/D转换器。原理简单,便于实现,不存在时间延迟问题, 适用于中等速率且分辨率要求较高的应用场合。 闪烁型A/D转换器。最大特点是速度快,但功耗大且电路复杂,所以芯片尺寸也比较大1。1.2国内外研究现状 以计算机、数字通讯为主的数字系统是处理数字信号的电路系统。
14、但是,在日常的实际应用中,所遇到的主要是连续变化的模拟量,因此,需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号,A/D转换器正是为了满足这种需要而应运而生的。 近十年来,模数转换技术发展更为迅速,最高精度达到24位如TI公司的ADS1255、凌力尔特公司的LTC2400、ADI公司的AD7714,最快的转换速度达到40GHz。此外,由于工艺水平的不断提高,而国际上已经出现了65m的工艺,而这也使得A/D转换器向着更高速度、更低电压方向发展。 目前国内的研究水平较之国际整体水平有一定差距,对高端模数转换器的研究不多见,当然这与我国是从上世纪七十年代才起步研究A/D转换器有很大的关系。 随着近年来投入的
15、增加,国内一些单位也取得了一定的成果,如2001年复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室己研究成功低功耗的10位、33MSPS流水线A/D转换器;2003年清华大学微电子设计中心也成功设计并研制出了高分辨率的13位、5MSPS的流水线A/D转换器;2006年,上海交通大学研制出TSMC 0.25m工艺的10位、80MSPS的流水线A/D转换器。 国内外的研究和生产动态表明,我国在模拟数转换器的研究上起步较晚,技术力量比较薄弱。因此,设计生产出自己的高速高性能A/D转换器已成为当务之急。同时还可以得出这样的结论:今后高性能A/D转换器的发展方向主要包括:更快的速度、更高的精度、更低的功耗,更简单的电路结构、更小的电路面积、更加广泛的应用范围以及以上几方面的协调发展。1.3研究内容及章节安排本论文主要研究高分辨率A/D转换电路的工作和设计原理,重点对基准电压源、V/F转换以及CPLD频率测试计进行了研究。本文研究重点和难点如下: 1 基准电压源。对于16位的AD转换器,且满幅度输入电压仅为
