模数转换器课件.pptVIP

4.3模數轉換器(A/D)模數轉換器(AnalogtoDigitalConverter)簡稱A/D或ADC，模數轉換器是把模擬量轉換成數字量的電子器件，ADC和DAC一樣也是電腦控制系統中必不可少的介面電路，把模擬量轉換成數字量的示意圖如圖4.24。圖4.24把模擬量轉換成數字量的示意圖4.3.1採樣與保持、量化與編碼的概念1．採樣與保持由於模擬量是一個在時間上連續的信號，因此把模擬量轉換成數字量實際上只能是在模擬量上取出能表示這個模擬量的－系列時刻的幅值，然後把這些一系列的模擬量的幅值轉換成數字量，取出模擬量一系列時刻的幅值的過程稱採樣。把採樣到的某一時刻的模擬量的幅值轉換成數字量需要有一定的時間，因此，在轉換過程中，把採樣幅值保持一段時間的環節稱為保持。對模擬量採樣並保持的示意圖如圖2.25。圖4.25對模擬量進行採樣保持的示意圖圖中ui1～ui8是一系列時刻t1～t8對模擬量採樣到的幅值，其中，t2－t1＝t3－t2＝……＝t8－t7＝T采，T采稱為採樣週期，含採樣時間和保持時間，採樣週期T采的倒數稱為採樣頻率，即f采＝，決定f采應為多大的原則稱採樣定理。所謂採樣定理，是指為了保證採樣信號能正確無誤地表示原來模擬量。通過證明，f采和模擬信號的最高頻率fimax必須滿足的關係為：f采≥2fimax (2－3)在實際操作中，一般取f采＝(5～10)fimax，f采太高或太低會使轉換電路容量造成浪費或使處理電路變得複雜。在圖4.25中，＝＝......＝＝t保，t保稱為採樣保持時間，t保必須大於轉換電路完成一次模擬量轉換成數字量所必須的時間。顯然t保＜T采。不同型號的ADC晶片完成一次轉換的時間是不同的，讀者在應用時，應根據手冊提供的參數來確定t保和T采(f采)。4．量化與編碼所謂量化是指把取樣到的模擬信號的幅值表示為某一最小單位電壓整數倍的過程，顯然最小單位電壓就是數字量最低位(LSB)的1所代表的模擬量的大小，即ULSB。把各個採樣到的模擬量幅值量化後的整數倍的數量，即量化的結果用代碼(可以是二進位，也可以是其他進制)表示出來，這個過程稱為編碼，這些代碼就是A/D轉換的輸出。由於模擬量各個採樣幅值不一定能被ULSB整除，因此量化結果所代表的模擬量的值和實際值有差異，這個差異稱為量化誤差。量化誤差和ULSB的大小及量化方式有關，不難理解，舍尾取整的量化方式的量化誤差，且必大於等於零，四捨五入量化方式的量化誤差，可正可負。4.3.2採樣保持電路目前生產的較新的ADC晶片，內部帶有採樣保持電路，例如ADC1674，但是常用晶片中，還有不少不帶採樣保持電路，例如ADC574A、ADC674A、ADC674B、ADC774B等。因此在使用這些不帶採樣保持電路的晶片時，必須外接採樣保持電路。最簡單的採樣保持電路如圖2.26所示。圖4.26簡單的採樣保持電路圖在圖中，當VL(採樣選通信號)為高電平時，V導通，Ui向C充電，使Uc＝Ui采，A是由運放接成的電壓跟隨器，所以Uo＝Uc＝Ui采，電容C是漏電很小的鉭電容，當VL變為低電平時，由於V截止，電壓跟隨器的輸入電阻Ri又很大，所以電容上的電壓Uc＝Ui采，被保持，即Uo＝Uc＝Ui采也被保持著。通過對圖4.26這樣簡單的採樣保持電路的介紹，讀者可以比較容易理解採樣保持電路的工作過程，但是這樣簡單的電路是不足的，關鍵是充電(即採樣)時，對被採樣的模擬信號是有影響的，因此實用的集成採樣保持電路都在圖2.26的電路上作了改進。圖2.27是集成採樣保持電路LF398的邏輯框圖的連線圖，LF198和LF398完全一致。圖4.27集成採樣保持電路的引腳連線圖圖中VCC、－VCC為內部電路運放的正負電源。Ui為模擬信號輸入；Uo是採樣保持輸出電壓。Vos是調節輸出零點的引腳。RW是外接電阻(幾十KΩ)。CH是外接保持電容。VL是採樣檢測脈衝，TTL電平即可。VL為高電平時採樣，VL為低電平時保持。採樣時間和CH值有關，當CH＝1000pf時，t采≈10us；當CH＝1uf時，t采≈12ms。4.3.3用逐次逼近A/D的框圖說明A/D的工作過程和有關參數的物理意義A/D轉換器的種類十分繁雜，在本科電子技術中，通常介紹並聯比較型A/D轉換器(轉換速度最快)，回饋比較型中的逐次逼近A/D轉換器(速度中等，應用最廣泛，晶片型號