第十一章 数模和模数转换器.ppt

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1、第七章数模和模数转换模数转换器数模转换器7.1概述数字电子电路、数字信号处理技术的发展，数字化——数字通讯、数字测量仪表、数码影音、数字控制温度、压力、声音…连续的非电量经传感器转换为连续的电信号（模拟电信号）模拟电信号经模数（A/D）转换为数字量，利用计算机或数字电路对数字量进行处理处理好的数字量最终经数模（D/A）转换变为模拟量7.2模数转换器（ADC）模拟信号是连续的A/D转换的过程：采样、保持、量化、编码7.2.1取样定理任何模拟信号都可以写成傅立叶级数的形式。最大角频率分量成为该信号的最高频率fmax耐奎斯特采样定理：采样后要能恢复出被采样信号的信息，采样频率fs必须满足fs≥f

2、max一般fs取3-5倍的fmax7.2.2采样－保持电路图7-4在VL为高电平时，Vi对电容C充电，电容C上的电压等于Rf上的电压。若RF＝R1，那么电容上的电压就是-ViVL为低电平时，电容上的电压保持不变7.2.3量化和编码量化：用一个最小尺度Δ去衡量采样后的电压信号编码：采样值除以Δ所得的数值可以用不同的编码方式来表示：二进制数的不同编码方式Δ称为量化单位，代表最小的数字量对应的电压值最低有效位（LSB）即二进制数中的1由于采样值不可能是Δ的整数倍，因此量化过程中必然会引进误差量化误差：满量程1V，使用3位二进制代码表示，Δ=1/8V，最大量化误差就为Δ11111010110001

3、10100010001V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0V减小量化误差，Δ=2/15V此时的量化误差就为Δ/21111101011000110100010001V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0VADC的指标：分辨率：输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。满量程（参考电压）/2n分辨率也称精度，通常以输出数字量的位数来表示输入模拟电压满量程为10V，若用8位A/D转换器转换时，其分辨率为10V/28=39mV，10位的A/D转换器是9.76mv,而12位的A/D转换器为2.44mV转换速率完成一次模数

4、转换所需的时间低速：积分型中速：逐次逼近型高速：全并行采样速率应小于等于转换速率，常用的单位是ksps或Msps（samplespersecond）量化误差：分辨率有限引起的，一般表示为1LSB或1/2LSB。理想曲线为直线实际曲线为阶梯状曲线。偏移误差：输入信号为零时，输出信号不为零满刻度误差：满刻度输出时对应的输入信号与理想输入信号之差线性度(linearity)：实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏差积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)DNL：两个相邻数码对应的模拟电压之差-1LSB对应的电压INL：输出数字量对应的模拟电压的实际值和理想值之差信噪比（SNR）：信号与噪声功率

5、谱之比，单位dB：一般SNR=6.02N+1.76dB，N为位数总谐波失真，THD，单位dBADC的分类积分型逐次逼近型并行比较型Sigma-delta型流水线型7.2.4积分型ADC双积分型ADC——积分两次原理：将输入电压转换成时间，然后由定时器（计数器）获得数字值工作波形（1）起始状态在积分转换开始之前，电容放电、控制电路使计数器清零（2）积分器对输入的模拟电压Ui进行定时积分此时Uo<0，因此计数器计数。因此对Ui积分的时间可表示为一旦计数器的计数值达到N1，计数器复位为0，同时输入模拟电压控制开关切换到-Vref一般N1取计数器的计数容量2n（3）积分器对-进行反向积分（对-Vr

6、ef积分）输出电压Uo为0时，比较器输出0，计数器停止计数由于Uref和N1固定，因此N2与输入的转换电压Ui成正比。完成对-Uref的积分之后，该电路又返回第一步，重新对下一个采样Ui积分可以看出，计数器的计数值N2与输入的电压Ui成正比双积分型A/D转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度低7.2.5逐次逼近(反馈比较)型ADC顺序砝码重量比较判别该砝码是否保留18g8g<11.3g保留28g+4g12>11.3g不保留38g+2g10g<11.3g保留48g+2g+1g11g<11.3g保留工作原理：顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首先将寄存

7、器的最高位置“1”经数-模转换器转换为相应的模拟电压UAn送入比较器与待转换的输入电压Ui进行比较，若UAn>Ui，说明数字量过大，将最高位的“1”除去，而将次高位置“1”。将最高位和次高位经DAC转换为模拟电压，若UAn+UAn-1