《AD转换的过程》PPT课件

物体
1
h
16
7.3.2 并行比较型A / D转换器
刻度是什么？ 是一系列的标准电压。
如何实现？ 用电阻分压的办法
h
17
VREF=1V
3R
2
13 V
16
R
11 V 16
R
9V 16
R
7 V
16
R
5V
16
R
3V 16
R
1V
1R
16
2
7.3.2 并行比较型A / D转换器
用电阻分压形成7个标准电压。
h
18
7.3.2 并行比较型A / D转换器
被量物体？ 模拟输入电压vI
如何比较？
模拟电压比较器
V+ V-
+ -
C
当V+大于V-时，VO输出高电平；
VO
当V+小于V-时，VO输出低电平。
h
19
VREF=1V
7.3.2 并行比较型A / D转换器
如何同时比较？
3 R 13 V
2
16
R
11 V
16
R
9V
vI
抗混叠滤波器
抽样/保持
h
量化/编码
Dn
6
2. 保持
vI(t)
7.3.1 A/D转换器的基本原理
S (t)
vI’ （t）
vI’ （t） CH
0
t
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
在t0~t1阶段，电路处于采样阶段。
在t1~t2阶段，电路处于保持阶段。
h
7
7.3.1 A/D转换器的基本原理
V
f
0
fm fs fm
fs
fs fm
2 fs
原信号的频率成分在其采样频率fS的整数倍频率附近出现，以fS的整数倍频率为 中心，原信号的频率成分转成左右对称的重复特性。
h
4
7.3.1 A/D转换器的基本原理
为了将抽样信号恢复成原来的模拟信号，可使用低通滤波器来实现。
A 1
0
fm
f
当fS＜2fm时，这时以fS为中心重复的fS/2以下成分，会在原模拟信号的频带
7.3.1 A/D转换器的基本原理
一、A/D转换的过程
要把模拟量转化为数字量一般要经过四个步骤，分别称为采样、 保持、量化、编码。
模拟 信号
采样
时间离散化
保持
量化
幅值离散化
编码
数字 信号
h
1
1.采样
7.3.1 A/D转换器的基本原理
连续时间信v号I(t)
0
t
S (t)
S (t)
vI(t)
vI’ （t）
经量化后的信号幅值均为的整数倍，在量化过程中会产生误差，称为量化 误差。最大量化误差=1/8V。
h
11
7.3.1 A/D转换器的基本原理
vO/V 1 7/8
6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8
0
未量化
已量化
t
经量化后的信号幅值均为的整数倍，在量化过程中会产生误差，称为量化 误差。最大量化误差=1/8V。
内产生重叠。
V
0
fm
fS
2 fS
h
f
5
7.3.1 A/D转换器的基本原理
A/D转换中的抗混叠滤波器
如果在原信号成分中含有fS/2以上的高频噪声，由抽样产生的高频噪声将与 重复的信号成分重叠。这种噪声无法用低通滤波器滤除。因此模拟信号在抽样 以前，必须确保没有fS/2以上的高频噪声。
采用仅能通过fS/2以下成分的低通滤波器加以滤除，此滤波器常称抗混叠滤 波器
0 vI’ （t）
TS
t
0
t
h
2
7.3.1 A/D转换器的基本原理
采样定理：为了不失真地恢复原始信号，采样频率至少应是原始信号 最高有效频率的两倍，即：
fS≥2fm
模拟信号的频谱分布
V
0
fm
f
模拟信号的频谱是从直流（DC）到其最大值fm而分布 。
h
3
7.3.1 A/D转换器的基本原理
采样信号的频谱分布
h
12
7.3.1 A/D转换器的基本原理
方式二：四舍五入量化方式（舍入量化方式） 取两个离散电平中的相近值作为量化电平。
如果 0V≤vI＜1/16V 1/16V≤vI＜3/16V 3/16V≤vI＜5/16V …… 13/16V≤vI＜15/16V
则量化为0=0V； 则量化为1=1/8V； 则量化为2=2/8V；
保持电路在高速ADC中的重要作用
在一个不使用采样/保持器的A/D转换系统中，假设输入正弦信号为 vI=Asin（2πf t），其幅值的变化率为：
dvI
2fA
dt max
当A/D转换器的转换时间为tC，位数为n时，满足以下关系则不会产生错误 的转换输出：
2f
ACt
12A 2 2n
h
8
7.3.1 A/D转换器的基本原理
量化误差随着ADC的位数增加而减小。
h
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7.3.1 A/D转换器的基本原理
几种典型A/D转换器 并行比较型A/D转换器（闪烁ADC） 逐次逼近型A/D转换器 双积分型A/D转换器 Σ—Δ型A/D转换器
h
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7.3.2 并行比较型A / D转换器
尺子
8
7
同时与各个刻度比较
6
5
4
3 4＜L ＜ 5 2 量化为4
则信号的最大频率应满足
fmax
1
2n1
tC
例：一个8位ADC的转换速度为1MSPS，求其能转换输入信号的最大频率。
fma x ห้องสมุดไป่ตู้9
1 62H 2z 10 6
h
9
7.3.1 A/D转换器的基本原理
2.量化和编码
量化：将采样—保持后的信号幅值转化成某个最小数量单位（量化间隔）的整 数倍。
（1）确定量化间隔： 1LSB模拟分 输割 入数 电压 V 范 2FnS围 V
16
R
7V
16
R
5V
16
R
3V
16
+ -
C6
0
+ -
C5
0
+ -
C4
0
+ -
C3
10
+ -
C2
1
+ -
C1
1
每个电压刻度使用一个比较器。
7/16V＜vI≤9/16V 5/16V＜vI≤7/16V
R
1V
16
+ -
C0
1
1
R
2 vI
h
20
7.3.2 并行比较型A / D转换器
输入模拟电压
vI / V 0＜vI≤1/16 1/16＜vI≤3/16 3/16＜vI≤5/16 5/16＜vI≤7/16 7/16＜vI≤9/16 9/16＜vI≤11/16 11/16＜vI≤13/16 13/16＜vI≤1
则量化为7=7/8V。
h
13
7.3.1 A/D转换器的基本原理
vO/V 1 7/8
6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8
0
未量化
已量化
15/16 13/16 11/16 9/16 7/16 5/16 3/16 1/16
t
量化误差为1/2=1/16V。
在实际的ADC中，大多采用舍入量化方式。
例：如有一模拟信号，幅值范围为0~1V，要转化为3位二进制代码，则其量 化间隔为1LSB=1/8V 。
得到8个量化电平分别为0V、1/8V…7/8V。
h
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7.3.1 A/D转换器的基本原理
（2）将连续的模拟电压近似成分散的量化电平
方式一：只舍不入量化方式（截断量化方式）
如果0V≤vI＜1/8V 则量化为0=0V； 1/8V≤vI＜2/8V 则量化为1=1/8V； …… 7/8V≤vI＜1V 则量化为7=7/8V。