第9章數(shù)模和模數(shù)轉換(編輯修改稿)
2024-08-16 13:31 本頁面
【文章內容簡介】 點 : 轉換速度快 ,轉換時間 10ns ~1?s, 但電路復雜。 ② 逐次逼近型 特點 : 轉換速度適中 ,轉換時間 為幾 ?s ~100 ?s, 轉換精度高，在轉換速度和硬件復雜度之間達到一個很好的平衡 。 ③ 雙積分型 特點 : 轉換速度慢 ,轉換時間 幾百 ?s ~幾 ms,但抗干擾能力最強。 31 取樣 時間上離散的信號 保持、量化 量值上也離散的信號 編碼 模擬信號 時間上和量值上都連續(xù) 數(shù)字信號 時間上和量值上都離散 A/D轉換器一般要包括 取樣 ， 保持 ， 量化及編碼 4個過程 。 A/D轉換器的一般工作過程 32 1. 取樣與保持 采樣是將隨時間連續(xù)變化的模擬量轉換為在時間離散的模擬量 。 采樣信號 S(t)的頻率愈高，所采得信號經(jīng)低通濾波器后愈能真實地復現(xiàn)輸入信號。合理的采樣頻率由采樣定理確定 。 采樣定理：設采樣信號 S(t)的頻率為 fs，輸入模擬信號 ?I(t)的最高頻率分量的頻率為 fimax， 則 fs ≥ 2fimax S(t)=1:開關閉合 S(t)=0:開關斷開 ? O (t) ? I (t) TG S (t) 0 0 0 ?O (t) S (t) ?I (t) t t t ? TS A/D轉換器的一般工作過程 33 ? I t ? O t t 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 0 0 (b) 波形圖 采得模擬信號轉換為數(shù)字信號都需要一定時間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個穩(wěn)定的值，在取樣電路后要求將所采樣的模擬信號保持一段時間。 采樣 保持 取樣與保持 電路及工作原理 ? I A1 A 2 S C H 開關驅 動電路 采樣 — 保持 控制電路 ? O A/D轉換器的一般工作過程 34 2. 量化與編碼 ?量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是 A/D轉換器輸出的數(shù)字量。 編碼 A/D轉換器的一般工作過程 量化： 將采樣電壓轉化為數(shù)字量最小數(shù)量單位的整數(shù)倍的過程。 用 ?表示 35 在量化過程中由于所采樣電壓不一定能被 ?整除，所以量化前后一定存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用 ?表示。 量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。 A/D轉換器的位數(shù)越 多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。 ?兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。 ：量化前的電壓與量化后的電壓差 A/D轉換器的一般工作過程 最小量化單位，是數(shù)字信號最低位為 1時所對應的模擬量，即 1LSB. 36 L S B1m a x ??V870 1 V86V85V84V83V82V81111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 輸入信號 編碼 量化后 電壓 a ) 只舍不入量化方式 :量化中把不足一個量化單位的部分舍棄； 對于等于或大于一個量化單位部分按一個量化單位處理。 最大量化誤差為： 最小量化單位 ＝ 1/8V Δ=1LSB= 1/8 V 例：將 0~1V電壓轉換為 3位二進制代碼 A/D轉換器的一般工作過程 37 b )四舍五入量化方式 :量化過程將不足半個量化單位部分舍棄， 對于等于或大于半個量化單位部分按一個量化單位處理。 最大量化誤差為： 最小量化單位： 0 1 111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=14/15 v 6Δ=12/15 v 5Δ=10/15 v 4Δ=8/15 v 3Δ=6/15 v 2Δ=4/15v 1Δ=2/15 v 輸入信號 編碼 模擬 電平 V1513V1511V159V157V155V153V1512L SBm a x ??Δ=1LSB= 2/15 V 2L SBm a x ?? ＝ 1/15V 例：將 0~1V電壓轉換為 3位二進制代碼 A/D轉換器的一般工作過程 38 間接法： 將 采樣－保持的模擬信號先轉換為時間 T或頻率 F,然后再將時間 T或頻率 F轉換為數(shù)字量。通常采用頻率恒定的時鐘脈沖通過計數(shù)器來實現(xiàn)轉換，因此，也稱為計數(shù)式方法。 間接法 A/D轉換器特點： 工作速度比較低，但轉換精度比較高，抗干擾能力強，一般在測試儀表中用的較多。 直接法： 主要通過 2n個量化級電壓與輸入采樣－保持模擬電壓進行比較，將比較的結果直接轉換為數(shù)字量。 直接法 A/D轉換器特點： 工作速度快，調整方便，但轉換精度比間接法低。 39 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ R ?I VRE F VRE F 13 1 5 R CP VRE F 1 1 1 5 R R R VRE F 3 1 5 VRE F 1 1 5 R R R/2 + – C1 + – C2 + – C3 + – C4 + – C5 + – C6 + – C7 C01 C02 C03 C0 4 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 優(yōu)先編碼器 (LS B)D0 ( M SB )0 電壓比較器 輸入模擬電壓 精密電阻網(wǎng)絡 精密參考電壓 VREF/15 3VREF/15 7VREF/15 9VREF/15 11VREF/15 5VREF/15 13VREF/15 輸出數(shù)字量 電路組成 并行比較型 A/D轉換器 40 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ R ?I VREF R CP R R R R R R / 2 + – C1 + – C2 + – C3 + – C4 + – C5 + – C6 + – C7 C01 C02 C03 C0 4 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1
環(huán)評公示相關推薦
鄂ICP備17016276號-1