《数字电子技术基础简明教程》（第3版）教学课件 CH7 CH72.PPTVIP

7.2 A / D 转换器（ADC） 7.2.1 A /D 转换的一般步骤和取样定理 一、模拟量到数字量的转换过程 模拟量 数字量 量化编码 取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持取样信号,使有充分时间将其变为数字信号。 取样保持 （S / H — Sample / Hold） 二、取样定理 当满足 fs ≥ 2 fimax 时, 取样信号可恢复原信号。 fs — 取样频率。 fimax — 信号的最高频率分量。 三、量化和编码 量化单位 数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小， 用  表示（即 1 ）。 量化 把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。 量化误差 因模拟电压不一定能被  整除而引起的误差。 编码 把量化的数值用二进制代码表示。 划分量化电平的两种方法 模拟 电平 二进制 代码 代表的 模拟电平 0 = 0 1 = 1/8 2 = 2/8 3 = 3/8 4 = 4/8 5 = 5/8 6 = 6/8 7=(7/ 8)V 模拟 电平 二进制 代码 代表的 模拟电平 最大量化误差 =  = (1 / 8) V =  / 2 = (1/15)V 7.2.2 取样 - 保持电路 一、电路组成及工作原理 当 uL 为高电平： T 导通，Ch 充电至： uO =  uI = uC 当 uL 为低电平： T 截止，Ch 基本不放电。 uO 保持 矛盾： 为使 Ch 充电快，Ri 越小越好； 为使电路输入电阻高，Ri 越大越好。 二、改进电路 (LF198) 及工作原理 当 uL = 1， S 闭合 uO = uO = uI ， uC = uI 当 uL = 0， S 断开 uO 保持 D1 、D2的作用：限制 uO 在 uI + uD以内，起保护作用。 一 、基本工作原理电路 7.2.3 逐次渐近型 A/D 转换器 1000 8V 1 0100 4V 0010 2V 0 0011 3V 0 0011 二、转换过程举例 CP  1 2 3 4 5 Q1 Q2Q3 Q4 Q5 QA QB QC uI/V uO/V uO/V uC d2 d1 d0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 – 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 7 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 6 0 1 1 0 7.2.4 双积分型 A/D 转换器 转换思路： 模拟输入 uI  t  t 控制计数 CP 个数 输出二进制数 一、电路组成和工作原理 CO＝ 1 (uo≤0) 0 (uo 0) 正向积分：对被测信号uI进行定时积分，完成一次 2n 进制计数。 反向积分：对基准电压积分至uｏ= 0，计数结果与uI成正比。 CO＝ 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 以3位二进制计数器为例说明双积分过程。 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 二、定量分析 uI 积分器输入 ＵI N2ＴCP t1 = N1TCP = 2nTCP t2 = N2TCP = DTCP = UI /  单位 电压 ＵREF 7.2.5 并联比较型A/D转换器 比较器 CP 寄存器 编码器 7.2.6 A/D 转换器的转换精度和转换速度 一、转换精度 分辨率 1. 用二进制或十进制位数表示(设计参数) LSB变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量 (测量参数) 如最大输出电压为 5 V 的 8 位 A/D的分辨率为： 转换误差： 表示实际输出与理想输出数字量的差别 以相对误差的形式（LSB的倍数）给出。 如：相对误差不大于（1/2）LSB 二、转换速度 并联比较型 逐次比较型 双积分型 7.2.7 几种A/D转换器的性能比较 一、A