AD转换电路分析和总结.docxVIP

A/D 转换电路 导读: A/D 转换器（ADC）是将模拟信号转换成数字信号的电路。本章将介绍A/D 转换的基本概念和原理电路，重点介绍集成芯片中的常用转换方法：逐次逼近型和V—T 双积分型转换电路，常用集成 ADC 芯片，并给出典型应用实例。 A/D 转换的基本概念 A/D 转换过程包括取样、保持、量化和编码4 个步骤，一般，前2 个步骤在取样-保持电路中 1 次性完成，后 2 个步骤在A/D 转换电路中 1 次性完成。 取样和取样定理 我们知道，要确定（表示）1 条曲线，理论上应当用无穷多个点，但有时却并非如此。比如 1 条直线，取 2 个点即可。对于曲线，只是多取几个点而已。将连续变化的模拟信号用多个时间点上的信号值来表示称为取样，取样点上的信号值称为样点值，样点值的全体 称为原信号的取样信号。1 个取样信号示例如图 1.1.1-1(b)所示。 取样时间可以是等间隔的，也可以自适应非等时间间隔取样。问题是：对于频率为 f 的信号，应当取多少个点，或者更准确地说应当用多高的频率进行取样？取样定理将回答这个问题： 只要取样频率 fS 大于等于模拟信号中的最高频率 fmax 的 2 倍，利用理想滤波器即可无失真地将取样信号恢复为原来的模拟信号。这就是说，对于1 个正弦信号，每个周期只要 取 2 个样点值即可，条件是必须用理想滤波器复原信号。这就是著名的山农（Shannon）取样定理，用公式表示即为 fS ? 2 fmax （12.1-1） 在工程上，一般取 fS ? (4 ~ 5) f max 。 取样-保持 取样后的样点值必须保存下来，并在取样脉冲结束之后到下1 个取样脉冲到来之前保 第 12 章A/D 转换电路 第 12 章 A/D 转换电路 PAGE 249 PAGE 250 PAGE 250 第四部分 数-模和模-数转换电路 持不变，以便ADC 电路在此期间内将该样点值转换成数字量，这就是所谓取样-保持。常用的取样-保持电路芯片有 LF198 等，其保持原理主要是依赖于电容器 C 上的电压 不能突变而实现保持功能的。 量化与编码 注意，取样保持后的样点值仍是连续的模拟信号，为了用数字量表示，必须将其化成某个最小数量单位△的整数倍。比如取样保持后的电压值为10V，如果以“1V”为最小数 量单位△，转换成的数字就是 10；如果以“1mV”为单位，转换成的数字就是 10000；这个化模拟量为数字量的过程称为量化。有只舍不入式量化和有舍有入式量化2 种。 转换之后的数字可以用 10 进制表示（如上述的“10”），也可以用 2 进制数表示（如 “1010”），或用 BCD 码表示（如“0001 0000”）等，这就是所谓编码。一般多用 2 进制码。 基本ADC 电路 模-数转换方法有直接ADC 和间接ADC 两种。直接ADC 中有并行比较法、反馈计数法和逐次逼近法等；间接 ADC 中有 V—F（电压→频率）转换法和 V—T（电压→时间） 转换法等多种。下面重点介绍集成芯片中用得最多的逐次逼近型和双积分型A/D 转换器电路。 逐次逼近型ADC 逐次逼近型ADC 的工作原理很象人们量体重的过程：假如你的体重不超过 200 公斤， 你会先加 1 个 100 公斤的秤砣试试看，如果发现 100 公斤的秤砣太大（比如实际体重是 70 公斤），就将此砣去掉；换 1 个 50 公斤的秤砣再试，发现 50 公斤的秤砣又偏小，故将其保留；然后再加 1 个 25 公斤的秤砣，发现体重不足 75 公斤，再将此 25 公斤的秤砣去掉，换1 个更小一点的秤砣……如此进行，逐次逼近，直到满足要求为止。 图 12.2.1-1 就是按照上述构思而成的4 位逐次逼近型ADC 的原理电路图，由比较器、D/A 转换器、寄存器、控制逻辑电路和时钟脉冲发生器5 部分组成。其工作过程大致如下： =0000。输出 D3D2D1D06 63 2 1 0 O①当启动信号（即“START”信号，图中未示出）的正边沿到达后，电路被初始化为以下状态：寄存器 TR3～TR0 清零为 d d d d =0000，从而 DAC 的模拟输出 v =0V；FF1～ FF6 组成的环形计数器的状态为 Q1Q2Q3Q4Q5 =0000。 输出 D3D2D1D0 6 6 3 2 1 0 O ②START信号过后，即其下降边到达时，信号vC=1，A/D 转换开始。第1 个 CP 脉冲 IOB到达时，如果输入的取样保持信号 vI≠0V，则 v v I O B =0V，v =0，与门 G3～G0 被封锁，TR3 的 R=0、S=Q1=1，而TR2～TR0 的 S=0、R=1（注意，Q1=1 经或门M2～M0 使TR2～TR0 的 R=1），所以 TR3～TR0 被置为