數(shù)電研學(xué)AD DA轉(zhuǎn)換電路外特性

1、目錄A/D轉(zhuǎn)換的基本原理及過(guò)程1常見(jiàn)A/D轉(zhuǎn)換電路外特性研究2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)3 未來(lái)發(fā)展展望401A/D轉(zhuǎn)換的基本原理及過(guò)程Part OneA/D轉(zhuǎn)換的基本原理A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程是通過(guò)一定的電路將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)的過(guò)程。逐次逼近法雙積分法電壓頻率轉(zhuǎn)換法A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程要把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量一般要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟，分別稱為采樣、保持、量化、編碼。采樣就是將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的信號(hào)。保持是將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散信號(hào)。量化是指將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平。編碼是將量化后的信號(hào)編碼成二進(jìn)制代碼輸出。02常見(jiàn)A/D轉(zhuǎn)換電路外特性研究P

2、art Two積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理及外特性逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性過(guò)采樣-型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性流水線型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理及外特性積分型A/D轉(zhuǎn)換器有單積分和雙積分兩種轉(zhuǎn)換方式，單積分型A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換精度不高，所以現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰。雙積分型轉(zhuǎn)換方式的外特性表現(xiàn)為精度較高，轉(zhuǎn)換速度慢，能夠大幅抑止高頻噪聲。這種轉(zhuǎn)換方式主要應(yīng)用在低速高精度的轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如數(shù)字儀表領(lǐng)域。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性將需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)與已知的不同的參考電壓不斷進(jìn)行比較，1個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，N位轉(zhuǎn)換需要N

3、個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換完成，輸出二進(jìn)制數(shù)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換速度中等，精度較高，輸入帶寬較低。適用于中速率而分辨率要求相對(duì)較高的場(chǎng)合，并且與其它A/D相比，功耗相當(dāng)?shù)?。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受比較器、觸發(fā)器和編碼電路延遲時(shí)間的限制，因此轉(zhuǎn)換速度最快。但分辨率不高，功耗大，成本高。適用于速度要求特別高的領(lǐng)域，如視頻A/D轉(zhuǎn)換器等。過(guò)采樣-型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性A/D轉(zhuǎn)換器是一種低速高精度的過(guò)采樣AD轉(zhuǎn)換器，在過(guò)去的幾十年中，主要應(yīng)用于音頻和部分視頻頻段的信號(hào)處理中。-模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換的精度很高，高于積分電路，內(nèi)部利用高

4、倍頻過(guò)采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波。但由于其采樣頻率過(guò)高，所以相對(duì)于其他電路來(lái)說(shuō)功耗較高，并且速度也不快。流水線型AD轉(zhuǎn)換電路的原理及外特性流水線型AD轉(zhuǎn)換電路由若干級(jí)電路串聯(lián)組成。流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路的外特性表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換速度很高，僅次于并行，精度也很高，成本相對(duì)較低，功耗較低。是對(duì)并行轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行改進(jìn)而設(shè)計(jì)出的一種轉(zhuǎn)換方式。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，還可以提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。03A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)Part Three設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)分辨率為32位、轉(zhuǎn)換速度為10ns的A/D轉(zhuǎn)換電路。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)思路運(yùn)用2的32次方減一個(gè)比較器以及比較器數(shù)量的2倍的電阻。但是，當(dāng)比較器的數(shù)量增加時(shí)，

5、對(duì)于比較器的分辨能力也有要求。理論上如果忽略一切誤差，假設(shè)比較器精度極高的話是可行的。但是就現(xiàn)階段即使不計(jì)成本也難于實(shí)現(xiàn)。流水線型A/D轉(zhuǎn)換電路流水線的設(shè)計(jì)思路其實(shí)是一種分級(jí)的思想，將32位分成幾級(jí)，然后逐級(jí)進(jìn)行處理。接下來(lái)我們用兩種方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案一利 用 芯 片 A D 9 2 8 6 和ADV7125，將電路分為四級(jí)AD9286是8位單芯片采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCADV7125是8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換芯片DAC方案二利用芯片AD946716位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)一個(gè)兩級(jí)的流水式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)于兩種方案進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)兩級(jí)流水線電路處理的速度更快。就性能而言，第二種設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)越。流水線法的巧妙在于運(yùn)用分時(shí)復(fù)用的原理，在提高效率的同時(shí)，又不會(huì)增加高額的成本，相對(duì)來(lái)說(shuō)現(xiàn)實(shí)可行。04 未來(lái)發(fā)展展望Part FourA/D轉(zhuǎn)換器未來(lái)發(fā)展展望為了滿足數(shù)