第7章 数/模和模/数转换 结球 放映 7.2A/D转换 7.2.1A/D转换器的工作原理 7.2.2AD转换器的构成 7.2.3AD转换器的主要技术指标 7.2.4集成AWD转换器ADC简介及 应用 本章小结 2023/7/17 返回
2023/7/17 1 第7章 数/模和模/数转换 7.2.3 A/D转换器的主要技术指标 7.2.1 A/D转换器的工作原理 7.2.2 A/D转换器的构成 7.2 A/D转换 7.2.4 集成A/D转换器ADC简介及 应用 本章小结 结束 放映
复习 为什么要ADC或DAC? 组成D/A转换器的基本指导思想？ DAC的主要技术参数？ 2023/7/17
2023/7/17 2 复习 为什么要ADC或DAC ？ 组成D/A转换器的基本指导思想？ DAC的主要技术参数？
7.2A/D转换 返 7.2.1AD转换器的工作原理 AD转换的基本原理 AD转换目标：将时间连续、幅值也连续的模 拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。 四个步骤：采样、保持、量化、编码。 1.采样与保持 (1)将一个时间上连续变化的模拟量转换成 时间上离散的模拟量称为采样。 2023/7/17
2023/7/17 3 7.2.1 A/D转换器的工作原理 A/D转换目标：将时间连续、幅值也连续的模 拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。 四个步骤：采样、保持、量化、编码。 7.2 A/D转换 1. 采样与保持 （1）将一个时间上连续变化的模拟量转换成 时间上离散的模拟量称为采样。 一、 A/D转换的基本原理
取样器 取样定理：设 x(t) y(t) 取样脉冲s()的频率 为∫，输入模拟信 号x()的最高频率 x(t) 分量的频率为fmax, 必须满足 一t输入模拟信号 大≥2fmax s(t) y()才可以正 一t取样脉冲 确的反映输入信号 y(t) (从而能不失真地恢 复原模拟信号)。 t取样信号 2023/7/17 采样过程示意图通常取f=（2.5~3)∫max&
2023/7/17 采样过程示意图 4 取样定理：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 f s ≥ 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f s ＝（2.5～3）fmax
(2)由于AD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。 (a) (b) 采样一保持电路及输出波形 s①有效期间，开关管VT导通，4向C充电，uo (=u)跟随u的变化而变化； s()无效期间，开关管VT截止，uo=4)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。) 2023/7/17
2023/7/17 5 （2）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 (=uc )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。） 采样―保持电路及输出波形
2.量化和编码 数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位 将采样一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。 用一进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做 编码。 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，这种误差称为量化误差。 量化级分得越多（越大)，量化误差越小。 2023/7/17
2023/7/17 6 2. 量化和编码 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。 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2 n个量化电平，量化 过程中不可避免会产生误差，这种误差称为量化误差。 量化级分得越多（n越大），量化误差越小
(8/8)V (15/15)V 111 7△=(7/8)7 111 7△=(14/15)V (7/8)V (13/15)V 110 6△=(6/8)V 110 6△=(12/15)V (6/8)V (11/15)V 101 5△=(5/8)V 101 5△=(10/15)V (5/8)V (9/15)V 100 4△=(4/8)7 100 4△=(8/15)V (4/8)V (7/15)V 011 3△=(3/8)7 011 3△=(6/15)V (3/8)V (5/15)V 010 2△=(2/8)7 010 2△=(4/15)V (2/8)V (3/15)V 001 1△=(1/8)7 001 1△=(2/15)V (1/8)V (1/15)V 000 0△=0W 000 0△=0W OV ov (a) (b) 划分量化电平的两种方法 (a) 量化误差大； (b)量化误差小 2023/7/17
2023/7/17 7 划分量化电平的两种方法 （a）量化误差大；（b）量化误差小
二、 A/D转换器工作原理 返道 直接AD转换器：并行比较型AD转换器 逐次比较型AD转换器 间接AD转换器：双积分型AD转换器 电压转换型AD转换器 1.逐次比较型AD转换器 天平称重过程：砝码（从最重到最轻)，依次 比较，保留/移去，相加。 逐次比较思路：不同的基准电压一一砝码。 2023/7/17
2023/7/17 8 二、 A/D转换器工作原理 直接A/D转换器：并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器：双积分型A/D转换器 电压转换型A/D转换器 1. 逐次比较型A/D转换器 天平称重过程：砝码（从最重到最轻），依次 比较，保留/移去，相加。 逐次比较思路：不同的基准电压－－砝码
时钟 移位寄存器 n位A/D转 模拟 量输入 电压 换器 比较器 控制逻 数据寄存器 辑电路 数字 基准电压 量输出 UREF Do UREE DIA转换器 电路由启动脉冲启动后：近型ADC电路框图 CP DD D3..DiDo 4() 4>uo? 0 100..00 0.5UREF 1(D1为1)/0(D1为0) 1 Dn110..00 0.75/0.25UREF 1(D2为1)/0(D2为0) 2 Dm1Dm-21..00 … 1(Dm3为1)/0(Dm3为0) … n-1 DD2Dn3...Dil … 1(D为1)/0(D为0)
2023/7/17 9 逐次逼近型ADC电路框图 CP D n-1D n-2 D n-3…D1D0 u0 (V) uI>uO？ 0 1 0 0… 00 0.5UREF 1（Dn-1为1）/0（D n-1为0） 1 D n-1 1 0… 00 0.75/0.25UREF 1（Dn-2为1）/0（D n-2为0） 2 D n-1 D n-2 1… 00 … 1（Dn-3为1）/0（D n-3为0） … … … … n-1 D n-1D n-2 D n-3…D1 1 … 1（D0为1）/0（D0为0） 基准电压 UREF n位A/D转 换器 电路由启动脉冲启动后:
实例 位AD转换器，输入模拟量u=6.84V, 4>uo为1 否则为0 D/A转换器基准电压UREr=1OV。 CP D-D.DsDaD,D2D Do uo(V) u-uo 0 10000000 5 1 1 11000000 7.5 0 2 10100000 6.25 1 3 10110000 6.875 0 4 10101000 6.5625 1 5 10101100 6.71875 1 6 10101110 6.796875 7 10101111 6.8359375 1 相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。 2023/7/17 10
2023/7/17 10 实例 8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V， D/A转换器基准电压 UREF=10V。 相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。 CP D7D6D5D4D3D2D1D0 u0 (V) uI>uO 0 10000000 5 1 1 11000000 7.5 0 2 10100000 6.25 1 3 10110000 6.875 0 4 10101000 6. 5625 1 5 10101100 6.71875 1 6 10101110 6.796875 1 7 10101111 6.8359375 1 uI>uO为1 否则为0