数电9.2(第五版)—康华光

CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1
0 0 0 0 1
0 0 1 1 0 0 1 1
D
0
0
D
1
R
+ – C
4
C
04
1 ＞
C1
Q
I4
0 1
R
+ – C
5
C
05
1
1 ＞
C1
Q
D I5
2
(M S B
R
+ – C
6
C
06
1 1
1 ＞
C1
Q
I6
R
+ – C
7
C
07
1 ＞
C1
Q
I7
R /2
VI=8VREF/15
υI
CP
根据各比较器的参考电压值， 根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值 与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D 与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D触发器存 经优先编码器编码，得到数字量输出。 储，经优先编码器编码，得到数字量输出。
0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 1
1 1 1
3、电路特点： 、电路特点： •单片集成并行比较型 单片集成并行比较型A/D转换器的产品很多，如AD公司的 转换器的产品很多， 单片集成并行比较型 转换器的产品很多 公司的 AD9012 (TTL工艺 位)、AD9002 (ECL工艺，8位)、AD9020 工艺8位 、 工艺， 位 、 工艺 工艺 (TTL工艺，10位)等。 工艺， 位 等 工艺 •在并行 在并行A/D转换器中，输入电压υI同时加到所有比较器的输 转换器中， 在并行 转换器中 输入电压υ 入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与υ 入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与υI输 入时刻同时获得的。所以它的转换时间最短。 入时刻同时获得的。所以它的转换时间最短。 •缺点是电路复杂，如三位ADC需7个比较器、7个触发器、 缺点是电路复杂，如三位 个比较器、 个触发器 个触发器、 缺点是电路复杂 需 个比较器 8个电阻。位数越多，电路越复杂。 个电阻。 个电阻 位数越多，电路越复杂。 •为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并 为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾， 为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾 行转换的方法。 行转换的方法。
最小量化单位 ∆=1LSB= 1/8 V 最大量化误差为： 最大量化误差为：
ε
max
= 1LSB＝1/8V
0
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， 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 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。 对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。 电压转换为3位二进制代码 例：将0~1V电压转换为 位二进制代码 电压转换为
9.2 A/D 转换器
概述
1. A/D功能 功能: 功能 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。
输入模拟电压
输出数字量 ADC Dn~D0
υI
2. A/D转换器分类 转换器分类 ① 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 特点 转换速度快 转换时间 10ns ~1µs, 但电路复杂。 µ 但电路复杂。 ② 逐次逼近型 特点: 转换速度适中,转换时间 为几µ 转换精度高， 特点 转换速度适中 转换时间 为几µs ~100 µs, 转换精度高，在 转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 ③ 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百µ 几 但抗干扰能力最强 但抗干扰能力最强。 特点 转换速度慢 转换时间 几百µs ~几ms,但抗干扰能力最强。
υI
S A1 CH 开关驱 动电路 采样— 采样—保持 控制电路 A2
采样 υ
O
t
υI
保持
υO
时刻， 导通， t=t0时刻，T导通，电 0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 容C被迅速充电 时刻， 截止，电容C t=t1时刻，T截止，电容C (b) 波形图 无放电回路， 无放电回路，两端电压不 保持。 变—保持。 保持
4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差 量化误差： 量化误差 在量化过程中由于所采样电压不一定能被∆ 量化单位 整除， 量化单位)整除 在量化过程中由于所采样电压不一定能被∆(量化单位 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ε 以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差， 表示。 表示。 量化误差属原理误差，它是无法消除的。 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 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。 各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。 5.量化方式 量化方式 •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 两种近似量化方式： 两种近似量化方式 式。
9.2.1 A/D转换的一般工作过程 转换的一般工作过程
已经是阶梯状的离散信号， 已经是阶梯状的离散信号，但其阶梯幅值是无规则 将模拟量转换成数字量的完整过程，可以用下图描述： 将模拟量转换成数字量的完整过程，可以用下图描述： 无法与n位二进制对应， 的，无法与n位二进制对应，故还不是数字量 输入模 拟电压
TG
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。 拟量转换为在时间离散的模拟量。υ (t)
I
υI(t)
υO(t)
S(t)
S(t)=1:开关闭合 开关闭合 S(t)=0:开关断开 开关断开
采样信号S(t)的频率愈高，所采 的频率愈高， 采样信号 的频率愈高 得信号经低通滤波器后愈能真实 地复现输入信号。 地复现输入信号。合理的采样频 率由采样定理确定。 率由采样定理确定。 采样定理：设采样信号 采样定理：设采样信号S(t)的频 的频 率为f 率为 s，输入模拟信号υI(t)的最 的最 高频率分量的频率为f 高频率分量的频率为 imax， 则 fs ≥ 2fimax
输入信号
1
7 V 8 6 V 8 5 V 8 4 V 8 3 V 8 2 V 8 1 V 8
量化后 编码 电压
7∆=7/8 v 6∆=6/8 v 5∆=5/8 v 4∆=4/8 v 3∆=3/8 v 2∆=2/8 v 1∆=1/8 v 0∆=0 v 111 110 101 100 011 010 001 000
9.2.3 逐次比较型 逐次比较型A/D转换器 转换器
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； 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； 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。 对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。 电压转换为3位二进制代码 例：将0~1V电压转换为 位二进制代码 电压转换为
0 S(t)
t
0 υO (t)
τ
t TS
0
t
取样与保持电路及工作原理 取样与保持电路及工作原理 采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间， 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， 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。 的模拟信号保持一段时间。
9.2 A/D 转换器
9.2.1 A/转换的一般工作过程 转换的一般工作过程
9.2.2 并行比较型 并行比较型A/D转换器 转换器
9.2.3 逐次比较型A/D转换器 转换器 逐次比较型 9.2.4 双积分式 双积分式A/D转换器 转换器 9.2.5 A/D转换器的主要技术指标 转换器的主要技术指标 9.2.6 集成 集成A/D转换器及其应用 转换器及其应用
输入信号
1
13 7∆=14/15 v V 15
11 V 15 9 V 15 7 V 15 5 V 15 3 V 15 1 V 15
模拟 电平
编码
111 110
最小量化单位： 最小量化单位： ∆=1LSB= 2/15 V 最大量化误差为： 最大量化误差为：
6∆=12/15 v
5∆=10/15 v 101 4∆=8/15 v 3∆=6/15 v 2∆=4/15v 1∆=2/15 v 0∆=0 v 100 011 010 001 000
A/D转换器一般经过采样、保持、量化和编码四个过程 转换器一般经过采样、保持、 转换器一般经过采样
9.2.1 A/D转换的一般工作过程 转换的一般工作过程
时间上和量值上都连续 模拟信号 取 样 保持、 保持、量化 时间上离散的信号 量值上也离散的信号 时间上和量值上都离散 数字信号 编 码
A/D转换器一般要包括取样， 保持，量化及编码 个过程。 转换器一般要包括取样， 保持，量化及编码4个过程 个过程。 转换器一般要包括取样
VREF
＞ C1
+ – C3 C03 1D Q I3
R
优 先 编 码 器
D0 (LSB
输出数 字量
＞ C1
R + – C4 C04 1D Q I4
D1
7VREF/15
R
＞ C1
+ – C5 C05 1D Q I5 D2 (MSB)
5VREF/15
R
3 15
＞ C1