数模转换器基本原理及常见结构-PPT课件
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数模转换器基本原理及常见结构(精选)共40页文档
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
数模转换器基本原理及不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
数模转换器基本原理及不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
数模和模数转换器PPT课件
行A/D转换，适用于分辨率较高而转换速度适中的场合。
知识点精讲
【知识点1】DAC的分析与计算
【例1】有一个5位T型电阻DAC，已知 =10V， f =3R，输入的数字信号 4 3 2 1 0 =11010，
试求输出电压0 和最大输出电压 。
【分析】T型电阻DAC只用R和2R两种电阻，电路有两个特点:
≈ 0.001 × 50 = 0.05
知识点精讲
【例5】（2014年对口招生考试题）一个8位D/A转换器的最小电压增量为0.01V，当输入代码
为10011010时，输出电压是
A.1.28V
B.1.54V
（
C.1.45V
）
D.1.56V
【分析】最小输出电压增量是指对应于输入最小数字量的输出模拟电压值，也就是指数字量每增加一个
0 = −
=−
4
(2 4 + 23 3 + 21 1 + 20 0 )
5
2
10
(16
32
+ 8 + 0 + 2 + 0)
= −8.125
显然，当5 、4 、3 、2 、1 、0 全为1时输出电压0 最大，为
= −
10
(16 + 8 + 4 + 2 + 1)
转换器或DAC。
1.DAC的类型
（1）T型电阻DAC
电路如图10-1所示:
特点:只用R和2R两种电阻，精度容易保证，各模拟开关的电流大小相同，但在开关状态切换时
容易出现尖峰脉冲。
知识清单
（2）倒T型电阻DAC
电路如图10-2所示:
特点:各模拟开关的电流与开关状态无关，可进一步提高转换速度。
知识点精讲
【知识点1】DAC的分析与计算
【例1】有一个5位T型电阻DAC，已知 =10V， f =3R，输入的数字信号 4 3 2 1 0 =11010，
试求输出电压0 和最大输出电压 。
【分析】T型电阻DAC只用R和2R两种电阻，电路有两个特点:
≈ 0.001 × 50 = 0.05
知识点精讲
【例5】（2014年对口招生考试题）一个8位D/A转换器的最小电压增量为0.01V，当输入代码
为10011010时，输出电压是
A.1.28V
B.1.54V
（
C.1.45V
）
D.1.56V
【分析】最小输出电压增量是指对应于输入最小数字量的输出模拟电压值，也就是指数字量每增加一个
0 = −
=−
4
(2 4 + 23 3 + 21 1 + 20 0 )
5
2
10
(16
32
+ 8 + 0 + 2 + 0)
= −8.125
显然，当5 、4 、3 、2 、1 、0 全为1时输出电压0 最大，为
= −
10
(16 + 8 + 4 + 2 + 1)
转换器或DAC。
1.DAC的类型
（1）T型电阻DAC
电路如图10-1所示:
特点:只用R和2R两种电阻，精度容易保证，各模拟开关的电流大小相同，但在开关状态切换时
容易出现尖峰脉冲。
知识清单
（2）倒T型电阻DAC
电路如图10-2所示:
特点:各模拟开关的电流与开关状态无关，可进一步提高转换速度。
《数模转换器》课件
01
输出电压与输入数字信号成正比，常用于音频、图像等领域。
电流型数模转换器（DAC）
02
输出电流与输入数字信号成正比，常用于驱动电子设备。
时间型数模转换器（DAC）
03
输出脉冲宽度或周期与输入数字信号成正比，常用于控制脉冲
宽度或频率。
数模转换器的工作流程
编码阶段
将输入的数字信号转换为相应的编码 方式，如二进制、十进制等。
速度
速度
指数模转换器完成一次转换所需的时间，即数据更新或刷新 速率。速度越快，数据更新速率越高。
转换时间
数模转换器的转换时间通常是指从输入数字信号到输出模拟 信号稳定所需的时间。影响转换时间的因素包括内部电路的 延迟、输出电路的带宽等。提高转换速度的方法包括采用高 速电路设计和降低内部电路的延迟等。
线性数模转换器
将数字信号转换为模拟信号，其输出电压与输入数字信号 成正比。线性数模转换器的精度和线性度较高，但功耗较 大。
查找表数模转换器
通过预先计算输入数字与输出电压之间的映射关系，并将 结果存储在查找表中，实现快速数模转换。查找表数模转 换器的速度较快，但精度和线性度较低。
分段查找表数模转换器
结合线性数模转换器和查找表数模转换器的优点，分段查 找表数模转换器在提高速度的同时，也保证了精度和线性 度。
VS
详细描述
图像数模转换器主要用于将模拟的图像信 号转换为数字信号，以便于存储在数字媒 体上、传输至其他设备或进行进一步的处 理。在图像采集、编辑和显示等应用中， 图像数模转换器发挥着关键的作用。
通信数模转换器
总结词
在通信系统中实现模拟信号与数字信号之间 的转换。
详细描述
通信数模转换器在通信系统中扮演着重要的 角色，负责实现模拟信号与数字信号之间的 转换。在电话通信、无线通信和网络通信等 领域，数模转换器被广泛应用于信号的调制 解调、编解码以及传输过程中。
《模数数模转换》课件
详细描述
随着便携式设备和物联网设备的普及，低功耗的模数数模转换器成为研究的重点 。同时，低成本也是推动模数数模转换器广泛应用的关键因素之一。
集成化和智能化
总结词
集成化和智能化是模数数模转换器的未 来发展趋势，将为其带来更多的应用场 景。
VS
详细描述
集成化能够减小模数数模转换器的体积和 重量，便于集成到各种设备中。智能化则 能够提高模数数模转换器的自适应能力和 智能化水平，使其更好地适应各种复杂的 应用场景。
减小量化误差的方法包括增加量化级别和使用更 小的步长。
量化误差可以通过采用适当的量化方法和技术来 减小，例如使用非均匀量化或噪声成形技术。
分辨率和精度
01
分辨率是指数模转换器能够分辨的最小电压变化量，通常以位 数表示。
02
精度是指数模转换器的实际输出电压与理想输出电压之间的最
大偏差。
提高分辨率和精度的方法包括使用高精度的元件和电路设计，
流水线型ADC
将模拟信号转换为数字信号的过程中 ，采用多级流水线的方式进行，具有 高分辨率和高速的特性。
插值型ADC
通过插值算法提高转换精度，适用于 高精度的应用场景。
ADC的工作原理
采样
编码
将模拟信号转换为时间离散的信号。
将幅度离散的信号转换为数字信号。
量化
将时间离散的信号转换为幅度离散的 信号。
电流输出型
输出电流与数字输入量呈线性关系，适用于需要电流输出的场合。
电阻输出型
输出电阻与数字输入量呈线性关系，适用于需要电阻输出
权电阻型
通过改变权电阻的阻值来 模拟数字输入量的大小。
权电流型
通过改变权电流源的电流 值来模拟数字输入量的大 小。
随着便携式设备和物联网设备的普及，低功耗的模数数模转换器成为研究的重点 。同时，低成本也是推动模数数模转换器广泛应用的关键因素之一。
集成化和智能化
总结词
集成化和智能化是模数数模转换器的未 来发展趋势，将为其带来更多的应用场 景。
VS
详细描述
集成化能够减小模数数模转换器的体积和 重量，便于集成到各种设备中。智能化则 能够提高模数数模转换器的自适应能力和 智能化水平，使其更好地适应各种复杂的 应用场景。
减小量化误差的方法包括增加量化级别和使用更 小的步长。
量化误差可以通过采用适当的量化方法和技术来 减小，例如使用非均匀量化或噪声成形技术。
分辨率和精度
01
分辨率是指数模转换器能够分辨的最小电压变化量，通常以位 数表示。
02
精度是指数模转换器的实际输出电压与理想输出电压之间的最
大偏差。
提高分辨率和精度的方法包括使用高精度的元件和电路设计，
流水线型ADC
将模拟信号转换为数字信号的过程中 ，采用多级流水线的方式进行，具有 高分辨率和高速的特性。
插值型ADC
通过插值算法提高转换精度，适用于 高精度的应用场景。
ADC的工作原理
采样
编码
将模拟信号转换为时间离散的信号。
将幅度离散的信号转换为数字信号。
量化
将时间离散的信号转换为幅度离散的 信号。
电流输出型
输出电流与数字输入量呈线性关系，适用于需要电流输出的场合。
电阻输出型
输出电阻与数字输入量呈线性关系，适用于需要电阻输出
权电阻型
通过改变权电阻的阻值来 模拟数字输入量的大小。
权电流型
通过改变权电流源的电流 值来模拟数字输入量的大 小。
数模与模数转换器PPT课件
I
＜
10
16VREF
190//1166VVRREEFF
vI
vO
D0
3． 逻辑电路
D/A 转换器
D1
D2
01 vC
0
R Q0
C1 S
FF0
01
10
0
01
Q1
R 1D
10
C1
S
FF1
10
R
Q 2 1D 10
C1 S
FF2
0
Q3
R 1D
10
C1
S
FF3
VREF D3
D3（ MSB）
1
D2
D1
D0 （ LSB）
（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3. 温度系数——在输入一定时，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般
用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数来表示。
9.2 A/D转换器
一．A/D转换的一般步骤和取样定理
由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为： 取样、保持、量化和编码。
R-2R倒T形电阻网络
基准电流: I=VREF/R，
分析计算： 基准电流: I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。
总电流：
i
VREF R
(
D0 24
D1 23
D2 22
D3 21
)
VREF 24 R
3 i0
( Di
2i )
输出电压：
vO
D/A 转换器
D1
D2
1 vC
01
《数模转换器》课件
使用EDA工具绘制版图，并进行功能和时序仿真 。
测试与验证
对完成的数模转换器进行测试，确保性能达标。
硬件实现
微控制器选择
选择合适的微控制器作为数模 转换器的控制核心。
接口电路设计
设计数模转换器与微控制器的 接口电路，实现数据传输和控 制信号的交互。
电源与地设计
为数模转换器提供稳定的电源 和地线，确保电路正常工作。
采样频率
采样频率决定了离散时间信号的精度，采样频率越高，离散时间信 号越接近原始连续时间信号。
采样定理
采样定理指出，要使离散时间信号能够无失真地重建原始连续时间 信号，采样频率必须至少为原始信号最高频率的两倍。
量化
量化
将连续幅度的离散时间信号转换为具有有限数量的离散幅 度的过程。
量化误差
由于量化过程中只能表示有限的离散幅度，因此会产生量化误差 ，这种误差表现为连续时间信号与重建的离散时间信号之间的差
异。
量化级数
量化级数决定了离散幅度的数量，级数越多，量化误差越 小。
编码
编码
将量化后的离散幅度信号转换为 二进制代码的过程。
编码方式
常见的编码方式有二进制编码、 格雷码等，不同的编码方式具有 不同的特点和适用场景。
编码效率
编码效率是指编码过程中所需二 进制代码的长度与量化级数之间 的关系，提高编码效率可以减少 所需的存储空间和传输带宽。
VS
图像处理算法实现
数模转换器可以用于实现各种图像处理算 法，如滤波、色彩空间转换、图像增强等 。
控制系统
模拟量输入与输出
数模转换器可以将数字控制信号转换为模拟信号，用于控制模拟设备或系统，或者将模 拟反馈信号转换为数字信号，用于反馈和控制数字系统。
测试与验证
对完成的数模转换器进行测试，确保性能达标。
硬件实现
微控制器选择
选择合适的微控制器作为数模 转换器的控制核心。
接口电路设计
设计数模转换器与微控制器的 接口电路，实现数据传输和控 制信号的交互。
电源与地设计
为数模转换器提供稳定的电源 和地线，确保电路正常工作。
采样频率
采样频率决定了离散时间信号的精度，采样频率越高，离散时间信 号越接近原始连续时间信号。
采样定理
采样定理指出，要使离散时间信号能够无失真地重建原始连续时间 信号，采样频率必须至少为原始信号最高频率的两倍。
量化
量化
将连续幅度的离散时间信号转换为具有有限数量的离散幅 度的过程。
量化误差
由于量化过程中只能表示有限的离散幅度，因此会产生量化误差 ，这种误差表现为连续时间信号与重建的离散时间信号之间的差
异。
量化级数
量化级数决定了离散幅度的数量，级数越多，量化误差越 小。
编码
编码
将量化后的离散幅度信号转换为 二进制代码的过程。
编码方式
常见的编码方式有二进制编码、 格雷码等，不同的编码方式具有 不同的特点和适用场景。
编码效率
编码效率是指编码过程中所需二 进制代码的长度与量化级数之间 的关系，提高编码效率可以减少 所需的存储空间和传输带宽。
VS
图像处理算法实现
数模转换器可以用于实现各种图像处理算 法，如滤波、色彩空间转换、图像增强等 。
控制系统
模拟量输入与输出
数模转换器可以将数字控制信号转换为模拟信号，用于控制模拟设备或系统，或者将模 拟反馈信号转换为数字信号，用于反馈和控制数字系统。
数模(DA)转换电路及应用-PPT精选文档
输出电压：
vO iRf R Rf V2R4EFi30(Di 2i)
将输入数字量扩展到n位，则有：
vOR Rf V2RnE[Fn i 01(Di2i)]
可简写为：vO=－KNB
其中：
K
Rf R
VREF 2n
特点：开关的接触电 阻影响转换精度。
五． 权电流型D/A转换器
三． T型电阻网络D/A转换器
特点：流过开关的电流变化较大。
vo
V 2
REF
nR
Rf
n 1
Di 2i
i0
电流相加型
四． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
1. 电路组成
双电向路模由拟解开码关网络、模拟开关、求和放大器和基准电源组成。
D＝1时接运放
求和集成运算
D＝0时接地
放大器
基准参考 电压
（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。
3. 温度系数——在输入一定时，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一
般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数来表示。
八. D/A转换器应用举例
常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、 AD7524等。
如果计数脉冲不断，则可在
电路的输出端得到周期性的锯齿 波。
2i
练习1：对4位DAC，若输入d3 d2 d1 d0 =0110, VREF=10V， 则输出vO =-10*(6)/16= - 3.75 (V) 练习2：对8位DAC，若输入D=10011011, VREF =-10V，
则输出vO =-(-10*(155)/256= 6.046875 (V)
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Vi VR
( 2 n－ 1 ) 个
输输输 输 锁 存 器
Dn-1
2n
R
_
D0
7.2.2 可有输 2n 种 输 输 输 ADC输 输 输 输 输 即n位数字量 比较结果
3位并行比较型ADC的转换真值表
Vin
0≤Vin＜1V
I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
1V
2V 3V 4V 5V 6V 7V
优点：转换快（仅一个时钟周期）。 不足：n较大时，比较器、分压电阻数量 太大，难以保证其准确性及一致性。
二、逐次逼近式ADC
DAC
VR D0
输出 寄存器
比较器
Vf
比较
D0
Dn-1
Dn-1
寄存器
_
Vi
Next
V p 逐次逼近
SAR
时钟
开始前清零!
即完成一次转换需n+1个时钟周期。
输出数字量对 应一个 模拟区间
模拟输入 （0－8V）
VREF 输出 0V<000<1V 1V<001<2V 2V<010<3V 3V<011<4V 4V<100<5V 5V<101<6V 6V<110<7V 7V<111<8V
A/D转换器
GND
§8.3.1 ADC的基本原理
一、采样和采样定理 ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大 小对应的数字量，该过程称为采样。 采样是否会造成丢失某些信息？ 时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)， 如果其频谱在区间(－ωm,ωm)以外为零，则它 可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts<1/2fm)上的样 点值f(nTs)确定。
因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值， 它们不可能都正好是量化单位的整数倍，即在 量化时不可避免地会引入量化误差(ε)。 量化误差：有限位ADC产生的输出数据的 等效模拟值与实际输入模拟量之间的差值。 量化误差的大小与量化方式、量化单位、 ADC编码位数、基准电压大小有关。 常用的量化方式：舍入量化和截断量化 两种方式。
模数转换器及其应用 本次课内容 1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。
§8.3 模数转换器（ADC）
ADC作用：将模拟量转换为数字量。 主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等； (中速)工业控制，实验设备等；(高速)数字通 信、导弹测远等；(超高速)数字音频、视频信 号变换、气象数据分析处理。
L
S
1
Vo
A +
300
Vo
5
2
Vo
8
LF198 7 6
C
0
取样时间
t1
t2
保持时间
t3
t4
t5
t
tw
( e) 输 输 输 输 输 输
Ts - tw
三、量化和编码 模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范 畴，需经量化（将取样值表示为最小数量单位 的整数倍）处理，才能转换为时间上和数值上 都为离散的数字信号。 最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。 编码：将量化结果用数字代码表示出来。 常见有自然二进制编码、二进制补码编码。
1111111
Y2 Y1 Y0
000
量化值
0V
1V≤Vin＜2V
2V≤Vin＜3V 3V≤Vin＜4V 4V≤Vin＜5V 5V≤Vin＜6V 6V≤Vin＜7V 7V≤Vin＜8V
0111111
0011111 0001111 0000111 0000011 0000001 0000000
001
010 011 100 101 110 111
即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号 中最高频率fm的两倍（fs ≥2fm），则采样后的 输出信号就能够不失真地恢复出模拟信号。 二、采样/保持电路
模拟量到数字量转 换需要一定时间，在此 期间要求采样所得的样 值保持不变。这个过程 需有相应电路实现。
A +
C
Vi VT S(t)
Vo
(a) 取样保持电路
舍入量化 量化值 量化区间中点 量化点误差为0 Vi=1/8V 1/16<Vi<3/16(V)
1/8－1/16; 1/8－3/16
截断量化 量化区间末端 量化点误差为0 Vi=1/8V 1/8<Vi<2/8(V)
1/8－2/8
输出00 1H 最大 误差
±LSB/2
－1LSB
§8.3.2 ADC的基本原理 一、并行（闪速） ADC
V i
( b) 输 输 输 输 输 输
Vi VT S(t) C
A +
Vo
0
t1
t2 Ts tw
t3
t4
t5
t
(a) 取样保持电路
S(t)
τC<<tw，故Vs的变 化与Vi同步。
RP
VB 2
0
t
( c) 输 输 输 输
Vs
V+
1
V4
LF198
0
( d) 输 输 输 输
t
30k
Vi S(t)
3
A +
ADC输入是模拟量，输出是数字量； ADC输出的数字量可视为输入电压(电 流)与基准电压(电流)相比所占的比例。
ADC输出与输入关系可表示如下：
D A V2
n out inREF
＋VCC
即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的 最小电压增量VREF/2n相比较，得到与输入模 拟量对应的倍数（取整）。 3位ADC 示意图
首先，置DN-1＝“1”，若VP =“H”，则保 留DN-1=“1”；否则，DN-1=“0”。
然后，置DN-2＝“1”，若VP =“H”，则保 留DN-2=“1”；否则，DN-2=“0”。
……
D0位确定，转换结束。
优点：技术成熟，精度较高、速度较快。 不足：对Vi中噪声敏感，输入端需用S/H 电路（ADC转换期间Vi要恒定）。
例如：FSR=1V的3位ADC，其分辨率为 1/8V（1LSB）。分别采用舍入量化和截断量 化两种方式，情况如下：
输出
1.5LSB
A
1 LSB 2
输出
111 110 101 100 011 010 001 000 0
Vin
LSB/2
1 8
2 8
3 8
4 8
5 8
6 8
7 8
1
111 110 101 100 011 010 001 000 0
100kHz 时钟 START BUSY 开始转换 数据准备好，停止转换,SAR清零 1 0 1 0 1 1 1 0 输输输输输输
A
-LSB
Vin
输 a输 输 输 输 输 输 输
FSR
1 8
2 8
3 8
4 8
5 8
6 8
7 8
1
输 b输 输 输 输 输 输 输
FSR
输 7.2.3 3输 ADC输 输 输 输 输 输
对应的输入范围
对应的输入范围
数字 LSB 值 LSB 2 数字值 LSB ~ 数字值 1 LS
( 2 n－ 1 ) 个
输输输 输 锁 存 器
Dn-1
2n
R
_
D0
7.2.2 可有输 2n 种 输 输 输 ADC输 输 输 输 输 即n位数字量 比较结果
3位并行比较型ADC的转换真值表
Vin
0≤Vin＜1V
I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
1V
2V 3V 4V 5V 6V 7V
优点：转换快（仅一个时钟周期）。 不足：n较大时，比较器、分压电阻数量 太大，难以保证其准确性及一致性。
二、逐次逼近式ADC
DAC
VR D0
输出 寄存器
比较器
Vf
比较
D0
Dn-1
Dn-1
寄存器
_
Vi
Next
V p 逐次逼近
SAR
时钟
开始前清零!
即完成一次转换需n+1个时钟周期。
输出数字量对 应一个 模拟区间
模拟输入 （0－8V）
VREF 输出 0V<000<1V 1V<001<2V 2V<010<3V 3V<011<4V 4V<100<5V 5V<101<6V 6V<110<7V 7V<111<8V
A/D转换器
GND
§8.3.1 ADC的基本原理
一、采样和采样定理 ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大 小对应的数字量，该过程称为采样。 采样是否会造成丢失某些信息？ 时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)， 如果其频谱在区间(－ωm,ωm)以外为零，则它 可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts<1/2fm)上的样 点值f(nTs)确定。
因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值， 它们不可能都正好是量化单位的整数倍，即在 量化时不可避免地会引入量化误差(ε)。 量化误差：有限位ADC产生的输出数据的 等效模拟值与实际输入模拟量之间的差值。 量化误差的大小与量化方式、量化单位、 ADC编码位数、基准电压大小有关。 常用的量化方式：舍入量化和截断量化 两种方式。
模数转换器及其应用 本次课内容 1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。
§8.3 模数转换器（ADC）
ADC作用：将模拟量转换为数字量。 主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等； (中速)工业控制，实验设备等；(高速)数字通 信、导弹测远等；(超高速)数字音频、视频信 号变换、气象数据分析处理。
L
S
1
Vo
A +
300
Vo
5
2
Vo
8
LF198 7 6
C
0
取样时间
t1
t2
保持时间
t3
t4
t5
t
tw
( e) 输 输 输 输 输 输
Ts - tw
三、量化和编码 模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范 畴，需经量化（将取样值表示为最小数量单位 的整数倍）处理，才能转换为时间上和数值上 都为离散的数字信号。 最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。 编码：将量化结果用数字代码表示出来。 常见有自然二进制编码、二进制补码编码。
1111111
Y2 Y1 Y0
000
量化值
0V
1V≤Vin＜2V
2V≤Vin＜3V 3V≤Vin＜4V 4V≤Vin＜5V 5V≤Vin＜6V 6V≤Vin＜7V 7V≤Vin＜8V
0111111
0011111 0001111 0000111 0000011 0000001 0000000
001
010 011 100 101 110 111
即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号 中最高频率fm的两倍（fs ≥2fm），则采样后的 输出信号就能够不失真地恢复出模拟信号。 二、采样/保持电路
模拟量到数字量转 换需要一定时间，在此 期间要求采样所得的样 值保持不变。这个过程 需有相应电路实现。
A +
C
Vi VT S(t)
Vo
(a) 取样保持电路
舍入量化 量化值 量化区间中点 量化点误差为0 Vi=1/8V 1/16<Vi<3/16(V)
1/8－1/16; 1/8－3/16
截断量化 量化区间末端 量化点误差为0 Vi=1/8V 1/8<Vi<2/8(V)
1/8－2/8
输出00 1H 最大 误差
±LSB/2
－1LSB
§8.3.2 ADC的基本原理 一、并行（闪速） ADC
V i
( b) 输 输 输 输 输 输
Vi VT S(t) C
A +
Vo
0
t1
t2 Ts tw
t3
t4
t5
t
(a) 取样保持电路
S(t)
τC<<tw，故Vs的变 化与Vi同步。
RP
VB 2
0
t
( c) 输 输 输 输
Vs
V+
1
V4
LF198
0
( d) 输 输 输 输
t
30k
Vi S(t)
3
A +
ADC输入是模拟量，输出是数字量； ADC输出的数字量可视为输入电压(电 流)与基准电压(电流)相比所占的比例。
ADC输出与输入关系可表示如下：
D A V2
n out inREF
＋VCC
即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的 最小电压增量VREF/2n相比较，得到与输入模 拟量对应的倍数（取整）。 3位ADC 示意图
首先，置DN-1＝“1”，若VP =“H”，则保 留DN-1=“1”；否则，DN-1=“0”。
然后，置DN-2＝“1”，若VP =“H”，则保 留DN-2=“1”；否则，DN-2=“0”。
……
D0位确定，转换结束。
优点：技术成熟，精度较高、速度较快。 不足：对Vi中噪声敏感，输入端需用S/H 电路（ADC转换期间Vi要恒定）。
例如：FSR=1V的3位ADC，其分辨率为 1/8V（1LSB）。分别采用舍入量化和截断量 化两种方式，情况如下：
输出
1.5LSB
A
1 LSB 2
输出
111 110 101 100 011 010 001 000 0
Vin
LSB/2
1 8
2 8
3 8
4 8
5 8
6 8
7 8
1
111 110 101 100 011 010 001 000 0
100kHz 时钟 START BUSY 开始转换 数据准备好，停止转换,SAR清零 1 0 1 0 1 1 1 0 输输输输输输
A
-LSB
Vin
输 a输 输 输 输 输 输 输
FSR
1 8
2 8
3 8
4 8
5 8
6 8
7 8
1
输 b输 输 输 输 输 输 输
FSR
输 7.2.3 3输 ADC输 输 输 输 输 输
对应的输入范围
对应的输入范围
数字 LSB 值 LSB 2 数字值 LSB ~ 数字值 1 LS