《AD轉(zhuǎn)換器原理分析.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《AD轉(zhuǎn)換器原理分析.ppt（32頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

9.2.6 集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,9.2 A/D 轉(zhuǎn)換器,9.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程,9.2.2 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,9.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,9.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,9.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),概述,9.2 A/D 轉(zhuǎn)換器,2. A/D轉(zhuǎn)換器分類,① 并聯(lián)比較型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時(shí)間 10ns ~1?s, 但電路復(fù)雜。,② 逐次逼近型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度適中,轉(zhuǎn)換時(shí)間 為幾?s ~100 ?s, 轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。,③ 雙積分型 特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾百?s ~幾ms,但抗干擾能力最強(qiáng)。,,取樣,時(shí)間上離散的信號(hào),,保持、量化,量值上也離散的信號(hào),,編碼,,9.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程,,A/D轉(zhuǎn)換器一般要包括取樣， 保持，量化及編碼4個(gè)過程。,1. 取樣與保持,采樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時(shí)間離散的模擬量。,采樣信號(hào)S(t)的頻率愈高，所采得信號(hào)經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。合理的采樣頻率由采樣定理確定。,采樣定理：設(shè)采樣信號(hào)S(t)的頻率為fs，輸入模擬信號(hào)?I(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，,則 fs ≥ 2fimax,S(t)=1:開關(guān)閉合 S(t)=0:開關(guān)斷開,,采得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個(gè)穩(wěn)定的值，在取樣電路后要求將所采樣的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間。,采樣,保持,取樣與保持電路及工作原理,,,2. 量化與編碼,數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是離散的。采樣–保持電路的輸出電壓還需按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，任何數(shù)字量只能是某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。,量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個(gè)代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。,量化,3.編碼,在量化過程中由于所采樣電壓不一定能被?整除，所以量化前后一定存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用?表示。,量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越 多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。,兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。,4.量化誤差：量化前的電壓與量化后的電壓差,5.量化方式,a ) 只舍不入量化方式:量化中把不足一個(gè)量化單位的部分舍棄； 對(duì)于等于或大于一個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。,最大量化誤差為：,最小量化單位,＝1/8V,Δ=1LSB=,1/8 V,例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼,b )四舍五入量化方式:量化過程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄， 對(duì)于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。,最大量化誤差為：,最小量化單位：,Δ=1LSB=,2/15 V,例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼,9.2.2 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,,電壓比較器,輸入模擬電壓,精密電阻網(wǎng)絡(luò),精密參考電壓,VREF/15,3VREF/15,7VREF/15,9VREF/15,11VREF/15,5VREF/15,13VREF/15,輸出數(shù)字量,1、電路組成,VI=8VREF/15,1,1,1,1,0,0,0,0 0 1,,,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 0 0 0 1 1 1 0 1 1,3VREF /15 ? vI ? 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0,11VREF/15 ? vI ? 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,13VREF/15 ? vI ? VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,VREF/15 ? vI ? 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,0 ?vI ? VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。,3、電路特點(diǎn)：,在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓?I同時(shí)加到所有比較器的輸入端。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與?I輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。所以它的轉(zhuǎn)換時(shí)間最短。,缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，如三位ADC需7個(gè)比較器、7個(gè)觸發(fā)器、8個(gè)電阻。位數(shù)越多，電路越復(fù)雜。,為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級(jí)并行轉(zhuǎn)換的方法。,單片集成并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如AD公司的AD9012 (TTL工藝8位)、AD9002 (ECL工藝，8位)、AD9020 (TTL工藝，10位)等。,9.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似 。,1. 轉(zhuǎn)換原理,所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克。 設(shè)待秤重量Wx = 13克。,1. 轉(zhuǎn)換原理,第一個(gè)CP：,1. 轉(zhuǎn)換原理,第二個(gè)CP：,,,1. 轉(zhuǎn)換原理,第三個(gè)CP：,小結(jié)：,1、 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)越多轉(zhuǎn)換精度越高；,2、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間與其位數(shù)n和時(shí)鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)愈少，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時(shí)間越短；,9.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,1、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想,對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測出此時(shí)間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器也稱為電壓－時(shí)間－數(shù)字式積分器 。,,,,,,,,1、電路組成,0,,,Cr信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零；開關(guān)S2閉合，待積分電容放電完畢后，斷開S2 使電容的初始電壓為0。,2、工作原理,①準(zhǔn)備階段：,,(2) 第一次積分：,VREF加到積分器的輸入端，積分器反方向進(jìn)行第二次積分；當(dāng)t=t2時(shí)積分器輸出電壓?O≥0，比較器輸出?C=0，時(shí)鐘脈沖控制門G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。,(3) 第二次積分：,,,,T1=2nTC,,,,T2=?Tc,,T2=t1 ?t2,在計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)?=Qn-1…Q1Q0，?就是A/D轉(zhuǎn)換器得到的結(jié)果。,,,9.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,優(yōu)點(diǎn)：,1.由于轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)RC無關(guān)，從而消除了積分非線 性帶來的誤差。,2.由于雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在T1時(shí)間內(nèi)采的是輸入電壓的平均值， 因此具有很強(qiáng)的抗工頻干擾的能力。,T1=2nTC,3. 只要求時(shí)鐘源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定即可。,1.轉(zhuǎn)換精度,9.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo),單片集成A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。,分辨率:,說明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。通常以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)表示。,轉(zhuǎn)換誤差：,表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字 量之間的差別。,2.轉(zhuǎn)換時(shí)間,指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換電路的類型有關(guān),并行比較A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最高 , 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之 , 間接A/D轉(zhuǎn)換器(如雙積分A/D)的速度最慢。,使用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,(1) 轉(zhuǎn)換過程各信號(hào)的時(shí)序配合,9.2.6 集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,(2) 零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié),(3) 參考電壓的調(diào)節(jié),,,2. ADC0809的典型應(yīng)用,