《ad转换及其原理》ppt课件

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1、A/D转换及其原理一.A/D转换的基本概念二.ADC的主要技术参数三.A/D转换的一般步骤和基本原理四.集成A/D转换器及应用计算机能够处理的是数字量信息。然而在现实世界中有很多信息并不都是数字量的，例如声音、电压、电流、流量、压力、温度、位移和速度等，它们都是连续变化的物理量。这些连续变化的物理量称为模拟量。概述计算机是处理数字量信息的设备，要处理这些模拟量信息就必须有一个模拟接口，通过这个模拟接口，将模拟量信息转换成数字量信息，以供计算机运算和处理。然后，再把计算机处理过的数字量信息转换为模拟量信息，以实现对被控制量的控制。AD转换的原因典型

2、计算机自动控制系统一.AD的基本概念模数转换将时间连续和幅值连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字量。使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现模数转换的电路称模数转换器。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。即A/D转换器，或简称ADC。（Analog-Digital-Converter）二.ADC的主要技术参数1.分辨率对于ADC来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟电压的变化量。通常定义为满刻度电压与2n的比值，其中n为ADC的位数。例如具有12位分辨率的ADC能够分辨出满刻度的1/212（0

3、.0244%）。有时分辨率也用A/D转换器的位数来表示，如ADC0809的分辨率为8位，AD574的分辨率为12位等。2.量化误差量化误差是由于ADC的有限分辨率引起的误差，这是连续的模拟信号在整数量化后的固有误差。对于四舍五入的量化法，量化误差在±1/2LSB之间。二.ADC的主要技术参数3.绝对精度绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码所表示的实际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。4.相对精度它与绝对精度相似，所不同的是把这个偏差表示为满刻度模拟电压的百分数。5.转换时间转换时间是ADC完成一次转换所需要的时间，即从启动信号开始到

4、转换结束并得到稳定的数字输出量所需要的时间，通常为微秒级。6．量程量程是指能转换的输入电压范围。三.A/D转换的一般步骤和基本原理基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…uI模拟输入信号n位二进制数输出D=Dn-1Dn-2D1D0△称为ADC的单位量化电压或量化单位，它是ADC的最小分辨电压。可见，输出数字量D正比于输入模拟量uI。“[]”表示取整。A/D转换的一般步骤uI(t)C量化编码电路Dn-1D1D0…uI(t)S采样保持电路输入模拟量输出数字量采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持采样信号，使有充分时间转换为

5、数字信号。量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数倍表示。编码：把量化的结果用二进制代码表示。A/D转换的一般步骤采样和保持通常在采样保持电路中完成，量化和编码通常在A/D转换电路中完成。采样定理：设取样脉冲s(t)的频率为fS，输入模拟信号x(t)的最高频率分量的频率为fmax，必须满足fs≥2fmax。y(t)才可以正确的反映输入信号(从而能不失真地恢复原模拟信号)。通常取fs＝（2.5～3）fmax由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样以后，需要把采样电压保持一段时间。s(t)有效期间，开关管VT导通，uI向C充电，uO(=u

6、c)跟随uI的变化而变化；s(t)无效期间，开关管VT截止，uO(=uc)保持不变，直到下次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗，在保持阶段，电容C上所存电荷不易泄放。）A/D转换的一般步骤量化数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位△。将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△的整数倍的过程叫做量化。从图中可以看出，量化过程会产生最大1/2LSB(即0.5V)的误差，要减少这种量化误差，可采取位数更多的A/D转换器。编码用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫做编码。一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化过程中不可避免会产生误差，这种

7、误差称为量化误差。量化级分得越多（n越大），量化误差越小。如果有n个量化级，二进制位的位数应为㏒2n。如量化级有8个，就需要3位编码。常用ADC的类型A/D转换器直接型间接型并联比较型双积分型电压时间变换型积分型(V-T)(双积分型)逐次渐进型电压频率变换型(V-F)逐次逼近式A/D转换器工作特点逐次逼近式A/D转换器的工作特点为：二分搜索反馈比较逐次逼近其工作过程与天平称重物重量的过程十分相似。逐次逼近式A/D转换器工作原理称重过程如下：①先在砝码盘上加128g砝码，经天平比较结果，重物195g＞128g，此砝码保留，即相当于最高位数码D7记为

8、1。②再加64g砝码，经天平比较，重物195g＞（128＋64）g，则继续留下64g砝码，即相当于数码D6记为1。接着不断用上述方法，由