7.2A/D转换器（ADC) 7.2.1AD转换的一般步骤和取样定理 、模拟量到数字量的转换过程 模拟量 数字量 n ADC的 an-1 '() 量化编码 电路 取样保持 量化编码 S/H-Sample /Hold 取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持取样信号，使有充分时间将其变为数字信
7.2 A / D 转换器（ADC） 7.2.1 A /D 转换的一般步骤和取样定理 一、模拟量到数字量的转换过程 uI (t) C ADC的 量化编码 电路 dn-1 d1 d0 . u I S (t) 模拟量 数字量 量化编码 取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持取样信号,使有充分时间将其变为数字信号。 取样保持 （S / H — Sample / Hold）
二、取样定理 当满足f≥2fmax时，取样信号可恢复原信号。 人一取样频率。fmx一信号的最高频率分量。 A() ）fimax f-fim
二、取样定理 当满足 fs ≥ 2 fimax 时, 取样信号可恢复原信号。 fs — 取样频率。 fimax—信号的最高频率分量。 O t uI O f A( f ) fs– fimax fimax uI O t
☒冈I 三、量化和编码 量化单位 数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小， 用△表示（即1）。 量化 把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。 量化误差 因模拟电压不一定能被△整除而引起的误差。 编码 把量化的数值用二进制代码表示
三、量化和编码 量化单位 数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小， 用 表示（即 1 ）。 量化 把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。 量化误差 因模拟电压不一定能被 整除而引起的误差。 编码 把量化的数值用二进制代码表示
划分量化电平的两种方法 模拟 二进制 代表的I模拟 二进制 代表的 电平 代码 模拟电平电平 代码 模拟电平 1V 111 7△=(7/8)V IV 11 17△=(14/15)V 7/8 6△=6/8 i13/15 110 110 6△=12/15 6/8 i11/15 101 5△=5/8 101 5△=10/15 5/8 19/15 100 4△=4/8 17/15 100 4△=8/15 4/8 011 3△=3/8 011 3△=6/15 3/8 ·5/15 010 2△=2/8 0102△=4/15 2/8 3/15 001 1△=1/8 0011△=2/15 1/8 i1/15 000 0△=0 i0 0000△=0 0 最大量化误差=△=(1/8)V1 =△/2=(1/15
划分量化电平的两种方法 0 1V 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 000 001 010 011 100 101 110 111 模拟 电平 二进制 代码 代表的 模拟电平 0 = 0 1 = 1/8 2 = 2/8 3 = 3/8 4 = 4/8 5 = 5/8 6 = 6/8 7=(7/8)V 1V 1/15 3/15 5/15 7/15 9/15 11/15 13/15 000 001 010 011 100 101 110 111 0 模拟 电平 二进制 代码 代表的 模拟电平 0 = 0 1 = 2/15 2 = 4/15 3 = 6/15 4 =8/15 5 = 10/15 6 = 12/15 7 =(14/15)V 最大量化误差= = (1 / 8) V = / 2 = (1/15)V
7.2.2取样-保持电路 Rt=Ri 一、电路组成及工作原理 当4虹为高电平： R T导通，Ch充电至： uo=-ul=uc 当u为低电平： T截止，Ch基本不放电。 uo保持 矛盾：为使C充电快，R越小越好； 为使电路输入电阻高，R,越大越好
7.2.2 取样 - 保持电路 一、电路组成及工作原理 当 uL 为高电平： Rf Ri Ch uI u uO L T Rf = Ri T 导通，Ch充电至： uO = − uI = uC 当 uL 为低电平： T 截止，Ch基本不放电。 uO 保持 矛盾： 为使 Ch 充电快，Ri 越小越好； 为使电路输入电阻高，Ri 越大越好
I 二、改进电路(LF198)及工作原理 R130k2 3 LF198 3002 8 左C 当=1，S闭合uo=do=41,uc=41 当w=0,S断开uo保持 D1、D2的作用：限制W'o在u1+uD以内，起保护作
二、改进电路 (LF198) 及工作原理 R2 Ch R1 uI uO uL u O 300 30 k D2 D1 S 当 uL = 1， S 闭合 uO = u O = uI ， uC = uI 当 uL = 0， S 断开 uO 保持 D1 、D2的作用：限制 u O在 uI + uD以内，起保护作用。 6 2 1 4 3 5 8 7 uI uO uL Ch LF198
7.2.3逐次渐近型A/D转换器 一、基本工作原理电路 3.2V 3V 参考 D/A 电源 比较器 M 0011 B 逐次渐近 时钟 寄存器 转换控制信号 信号 MSB 7LSB 并行数字输出 0011
一 、基本工作原理电路 7.2.3 逐次渐近型A/D 转换器 D/A uI 逐次渐近 寄存器 比 较 器 参考 电源 时钟 信号 MSB LSB MSB LSB 并行数字输出 转换控制信号 3.2V 1000 8V 1 0100 4V 0010 2V 0 0011 3V 0011
I 二、转换过程举例 输出偏移 /2 读出控制 3位 D/A & 比较器 d FEA FFB. FEc」 & 1S A 1R 1SA 1R 1SA平逐次逝近 & 寄存器 do & & &控制逻辑 电路 D 22 2s 24 5位环行移位寄存器
读出控制 控制逻辑 电路 逐次渐近 寄存器 比 较 器 二、转换过程举例 3 位 D/A Q 1S 1R d0 + CP d2 d1 ≥1 Q 1S 1R FFB FFC ≥1 d0 d1 d2 uI uO uC C 5位环行移位寄存器 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q FFA 1S 1R /2 输出偏移
冈I 642 3位D/A转换器 &&& R S + 功能 1S C1 IR 1S C1 IR 1S C1 IR d 0 0 0分 保持 0 置1 0 0 置0 1 A ID ID 不用 不许 >C1 >C1 CP 212203242s 2A CB 2c u/V uo/V u'oV uc dd do 00001 000 0 -0.5 0 000 1 10000 10 0 4 3.5 0 000 5.9 2 01000 11 0 6 5.5 0 0 0 0 3 001 0 0 111 7 6.5 1 0 0 0 4 00 0 1 0 0 6 5.5 0 0 0 0 5 00 0 0 6 5.5 0 0
Q n+1 1 1 1 0 0 1 0 0 R S 功能 Q n 1 0 不用 保持 置1 置0 不许 CP 1 2 3 4 5 Q1 Q2Q3 Q4 Q5 QA QB QC uI /V uO/V u O/V uC d2 d1 d0 0 0 0 0 1 0 0 0 5.9 0 – 0.5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 4 3.5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 6 5.5 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 7 6.5 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 6 5.5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 6 5.5 0 1 1 0
7.2.4双积分型AD转换器 转换思路： 一、电路组成和工作原理 模拟输入w1→t S, →t控制计数CP个数 →输出二进制数 Co=1(u。≤0) 0(u>0) 基准电压 <0 逻辑 n位二进制 & 控制门 定时器 计数器 CP 4n7 险L 正向积分：对被测信号u进行定时积分，完成一次2"进制计数。 反向积分：对基准电压积分至u。=0,计数结果与u成正比
7.2.4 双积分型 A/D 转换器 转换思路： 模拟输入 uI → t → t 控制计数 CP 个数 →输出二进制数 一、电路组成和工作原理 CO＝ 1 (uo≤0) 0 (uo> 0) S2 C uI S1 逻辑 控制门 C 定时器 n 位二进制 计数器 & dn–1 d0 uｏ ＴCP CP 基准电压 < 0 正向积分：对被测信号uI进行定时积分，完成一次 2 n 进制计数。 反向积分：对基准电压积分至uｏ= 0，计数结果与uI成正比
