【文章內容簡介】 △整除而存在的量化前后的誤差。用 ε表示。 量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。 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。 量化過程的兩種近似量化方式 ： 只舍不入法（舍尾取整法）和四舍五入法。 以 3位 A/D轉換器為例，設輸入信號 VI的變化范圍為 0~1V。 用 只舍不入方式時 ， 取△ =（ 1∕8） V， 量化中把不足量化單位的部分舍去，如數(shù)值在 0 ~ （ 1∕8） V間當作0 △，用二進制數(shù) 000表示，數(shù)值在（ 1∕8） V ~ （ 2∕8）V 間當作 1△，用二進制數(shù) 001表示 這種量化方式的最大誤差為△。 (1)量化及量化誤差 用 四舍五入方式時， 取 (1/2)△ =（ 1/15） V， 量化中把 不足半個量化單位的部分舍去，對于等于或大于半 個量化單位的部分按一個量化單位處理。如數(shù)值在 0 ~ （ 1/15） V之間當作 0 △，用二進制數(shù) 000表示， 數(shù)值在（ 1/15） V ~ （ 3/15） V間當作 1△，用二進 制數(shù) 001表示 ,數(shù)值在（ 3/15） V ~ （ 5/15） V間當作 2△，用二進制數(shù) 010表示 這種量化方式的最大 誤差為 1/2△。即最大量化誤差為 。時，式而采用只舍不入量化方L S BL S B1,21m a xm a x????因此，大多數(shù) A/D轉換器采用 四舍五入方式 ?只舍不入量化方式 :量化中把不足 1個量化單位的部分舍棄； ?最大量化誤差為： L SB1m a x ???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。其最大量化誤差為： 最大量化誤差為 2L SBm a x ??（ 2）兩種量化方式圖象說明 V870 1V 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 模擬電平 0 1V V1513V1511V159V157V155V153V151110 101 100 011 010 001 000 輸入信號 編碼 模擬電平 0Δ=0 v 1Δ=2/15 v 2Δ=4/15 v 3Δ=6/15 v 4Δ=8/15 v 5Δ=10/15 v 6Δ=12/15 v 7Δ=14/15 v 111 ■ A/D(模數(shù) )轉換器的種類 按工作原理可分為兩類 ： 直接 A/D轉換器和 間接 A/D轉換器 直接 A/D轉換器 :可將模擬信號直接轉換為數(shù)字 信號，特點是轉換速度較快，典型電路有并行 比較型 A/D轉換器和逐次比較型 A/D轉換器。 間接 A/D轉換器 ： 先將模擬信號轉換為某一中間量（時間或頻率），然后將中間量轉換為數(shù)字量輸出，特點是轉換速度較慢，典型電路有雙積分型 A/D轉換器和電壓頻率轉換型 A/D轉換器。 并行比較型 A/D轉換器 一、 電路組成（ P448—圖 ） ? 比較器組、寄存器組、編碼器 二、工作原理 表 921 三、主要特點 ? 轉換精度主要取決于量化電平的劃分，精度越高，所用的器件越多，電路越復雜 。 n位轉換器需 ? 轉換速度最快。 個比較器12 ?n 并行比較型 A/D轉換器 電路組成 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ 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（ 23個電阻） 精密參考電壓 D觸發(fā)器 VREF/15 3VREF/15 7VREF/15 9VREF/15 11VREF/15 5VREF/15 13VREF/15 輸出數(shù)字量 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ 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 并行比較型 A/D轉換器 工作原理 11VREF/15 9VREF/15 13VREF/15 7VREF/15 3VREF/15 VREF/15 5VREF/15 VI=8VREF/15 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 優(yōu)先級別 I7最高 I1最低 0 0 1 vi vO 比較器的輸出狀態(tài)由 寄存器存儲 經優(yōu)先編碼器編碼，得到 數(shù)字量 輸出 。 屬四舍五入量化方式 模擬輸入 比較器輸狀態(tài) 數(shù)字輸出 CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 DO 0≤vIVREF/15 VREF/15≤vI3VREF/15 3VREF/15≤vI5VREF/15 5VREF/15≤vI7VREF/15 7VREF/15≤vI9VREF/15 9VREF/15≤vI11VREF/15 11VREF/15≤vI13VREF/15 13VREF/15≤vIVREF 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 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 表 3位并行 A/D轉換器輸入與輸出關系對照表 根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關系 。 并行比較型 A/D轉換器 電路特點： ?在并行 A/D轉換器中，輸入電壓 ?I同時加到所有比較器的輸入端，從 ?I加入到三位數(shù)字量穩(wěn)定輸出所經歷的時間為比較器、 D觸發(fā)器和編碼器延遲時間之和。如不考慮各器件的延遲，可認為三位數(shù)字量是與 ?I輸入時刻同時獲得的。所以它具有最短的轉換時間。 ?缺點是電路復雜，如三位 ADC需比較器的個數(shù)目為 7個， n位轉換器需 2n1個 比較器。位數(shù)越多矛盾越突出。 ?為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級并行轉換的方法。 ?單片集成并行比較型 A/D轉換器的產品很多，如 AD公司的AD9012 (TTL工藝 8位 )、 AD9002 (ECL工藝， 8位 )、 AD9020 (TTL工藝， 10位 )等。 ■為了解 決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取 分級并行轉換的方法。如下圖電路。 取 樣 保 持 電 路 5位 并行 比較 A/D 轉換 器 5位 D/A 轉換 器 + 5位 并行 比較 A/D 轉換 器 + 32?56789 DDDDD 01234DDDDDVREF vI 分級并行轉換 10位 A/D轉換器 10位本需 1023 個比較器，現(xiàn) 只需 62個。 相減所得到的差 值小于 1VLSB,為 保證后級轉換精 度將差值放大 32倍 逐次比較型 A/D轉換器 逐次逼近轉換過程與用天平稱物重非常相似 。 所加砝碼重量 第一次 第二次 第三次 第四次 再加 4克 再加 2克 再加 1克 8 克 砝碼總重 待測重量 Wx ， 8克砝碼保留 砝碼總重仍 待測重量 Wx ， 4克砝碼保留 砝碼總重 待測重量 Wx ， 2克砝碼撤除 砝碼總重 ＝ 待測重量 Wx ， 1克砝碼保留 結果 8 克 12 克 12 克 13 克 1. 轉換原理 所用砝碼重量： 8克 、 4克 、 2克 和 1克。 設待秤重量 Wx = 13克。 稱重過程 逐次漸近寄存器清零 寄存器最高有效位置 1 DAC 比較器比較 Vo VI? 保留此位的 1 將此位的 1清除 寄存器次高有效位置 1 VO VI ADC邏輯控制電路 寄存器最低有效位置 1 …… yes no 1 2 3 n 最后寄存器 輸出數(shù)字量 按照 稱重思路，將輸入電壓與不同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量。工作原理示意如下： 由以上工作原理示意圖，可設計 電路組成框圖如下： 第一個時鐘脈沖使移位寄存器最高位置 1其它位 置 0—比較 —決定存 1或 0，然后第二個時鐘脈沖使 移位寄存器次高位置 1 控制邏 輯電路 電壓 比較器 D/A轉換器 時鐘 移位寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 VREF v’O vI CP Dn1 Dn2 D1 D0 數(shù) 字 量 輸 出 模擬 量輸入 啟動脈沖 圖 逐次比較型 A/D轉換器框圖 逐次比較型 A/D轉換器 ?I