《电子技术基础数字部分》第五版(康华光).第9章.数模与模数转换器讲述.ppt

2. 量化与编码 量化：数字量在数值上是离散的，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。要实现A/D转换，还必须将采样–保持电路的输出电压表示为最小数量单位的整数倍，此过程叫量化。最小数量单位△称为量化单位，△是数字信号为1时所对应的模拟值，即1LSB。 量化误差：被取样电压是连续的，其值不一定能被△整除，所以量化后一定存在误差，称为量化误差，用ε表示。量化误差属原理误差，无法消除。ADC位数越多，1LSB所对应的△值越小，量化误差越小。 量化的方法：一般有舍尾取整法和四舍五入法。 编码：量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。 9.2.1 A/D转换的一般工作过程 9.2 A/D转换器 舍尾取整法：量化中把不足一个量化单位的部分舍弃。 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码。 Δ=1LSB= 111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ= 0V 2Δ=2/ 8V 1Δ=1/ 8V 输入电压 编码 量化后电压 0V 1V 3Δ=3/ 8V 4Δ=4/ 8V 5Δ=5/ 8V 6Δ=6/ 8V 7Δ=7/ 8V 最大量化误差为： |e max |=1D=1LSB= 9.2.1 A/D转换的一般工作过程 9.2 A/D转换器 四舍五入法：量化过程将不足半个量化单位部分舍弃。 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码。 Δ=1LSB= 111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ= 0V 2Δ=4/15V 1Δ=2/15V 输入电压 编码 量化后电压 0V 1V 3Δ=6/15V 4Δ=8/15V 5Δ=10/15V 6Δ=12/15V 7Δ=14/15V 最大量化误差为： |e max |=0.5D=0.5LSB 四舍五入法量化误差小，为大多数A/D转换器采用。 9.2.1 A/D转换的一般工作过程 9.2 A/D转换器 9.2.2 并行比较型A/D转换器 电路原理 3位并行比较型A/D转换器的原理电路如图所示。 输入模拟电压 精密电阻网络 精密参考电压 电压比较器 D触发器 输出数字量 9.2 A/D转换器 t vI 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 看表9.2.1和例9.2.1 9.2.2 并行比较型A/D转换器 9.2 A/D转换器 集成电路与电路特点 单片集成电路：单片集成并行比较型A/D转换器产品很多，如AD公司的AD9012 (TTL工艺8位)、AD9002 (ECL工艺，8位)、AD9020 (TTL工艺，10位)等。 集成并行比较型A/D转换器特点 速度快：在并行A/D转换器中，输入电压vI同时加到所有比较器的输入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与vI输入时刻同时获得的。所以并行A/D转换器的转换时间最短。 电路复杂：随着二进制位数n增加，器件数目按几何级数2n增加，如三位ADC需23－1=7个比较器、7个触发器、8个电阻。位数越多，电路越复杂，10位ADC需1023个比较器、1023个触发器等。 应用场合：用于要求速度快，精度不高场合。 9.2.2 并行比较型A/D转换器 9.2 A/D转换器 1. 转换原理 逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 。 所用砝码重量：8克、4克、2克和1克。 设待秤重量Wx = 13克。 9.2.3 逐次比较型A/D转换器 第1次 8 克 砝码总重 待测重量Wx ，8克砝码保留 8 克 第2次 再加4克 砝码总重 待测重量Wx ，4克砝码保留 12 克 第3次 再加2克 砝码总重 待测重量Wx ， 2克砝码撤除 12 克 第4次 再加1克 砝码总重 = 待测重量Wx ，1克砝码保留 13 克 次数 砝码重量 分析 结果 9.2 A/D转换器 1. 转换原理 基本思想： 第1CP，D若vI vO’，C =1，D7=1，否则 C =0，D7=0 第2CP，保留D7，使D6=1，若vI vO’，C =1，D6=1，否则 C =0， D6=0 C 9.2.3 逐次比较型A/D转换器 9.2 A/D转换器 1. 转换原理 若 第1个CP， DvO’ =5V vI vO’ ，C =1， D7