第9章数模和模数转换.ppt

1. 取样与保持 采样是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟量。 采样信号S(t)的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定。 采样定理：设采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信号?I(t)的最高频率分量的频率为fimax， 则 fs ≥ 2fimax S(t)=1:开关闭合 S(t)=0:开关断开 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模拟信号保持一段时间。 采样 保持 取样与保持电路及工作原理 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 2. 量化与编码 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。 编码 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 量化： 将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。 用?表示 在量化过程中由于所采样电压不一定能被?整除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用?表示。 量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。 两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。 3.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差 4.量化方式 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 最小量化单位，是数字信号最低位为1时所对应的模拟量，即1LSB. 0 1 111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 输入信号 编码 量化后 电压 a ) 只舍不入量化方式:量化中把不足一个量化单位的部分舍弃； 对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。 最大量化误差为： 最小量化单位 ＝1/8V Δ=1LSB= 1/8 V 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 b )四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃， 对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。 最大量化误差为： 最小量化单位： 0 1 111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=14/15 v 6Δ=12/15 v 5Δ=10/15 v 4Δ=8/15 v 3Δ=6/15 v 2Δ=4/15v 1Δ=2/15 v 输入信号 编码 模拟 电平 Δ=1LSB= 2/15 V ＝1/15V 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码 9.2.1 A/D转换器的一般工作过程 间接法： 将采样－保持的模拟信号先转换为时间T或频率F,然后再将时间T或频率F转换为数字量。通常采用频率恒定的时钟脉冲通过计数器来实现转换，因此，也称为计数式方法。 间接法A/D转换器特点： 工作速度比较低，但转换精度比较高，抗干扰能力强，一般在测试仪表中用的较多。 直接法： 主要通过2n个量化级电压与输入采样－保持模拟电压进行比较，将比较的结果直接转换为数字量。 直接法A/D转换器特点： 工作速度快，调整方便，但转换精度比间接法低。 电压比较器 输入模拟电压 精密电阻网络 精密参考电压 VREF/15 3VREF/15 7VREF/15 9VREF/15 11VREF/15 5VREF/15 13VREF/15 输出数字量 1、电路组成 9.2.2 并行比较型A/D转换器 VI=8VREF/15 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 9.2.2 并行比较型A/D转换器 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 ? vI ? 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 ? vI ? 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 ? vI ? 7VREF/15 0