22.2.3AD轉(zhuǎn)換器 - AD轉(zhuǎn)換器

12.4A/D轉(zhuǎn)換器如何進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換？時(shí)間上幅度上離散的數(shù)字量時(shí)間上幅度上連續(xù)的模擬量vsvittA/D轉(zhuǎn)換一般包括采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟。

A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟

采樣保持：完成對(duì)模擬信號(hào)時(shí)間上的離散化。量化：將采保電路得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。編碼：將數(shù)字信號(hào)按照一定的編碼形式輸出。12.4.1A/D轉(zhuǎn)換的基本原理采樣：采樣定理為了能正確無誤地用取樣信號(hào)表示模擬信號(hào)，取樣信號(hào)必須有足夠高的頻率。可以證明，為了保證能從取樣信號(hào)將原來的被取樣信號(hào)恢復(fù)，必須滿足為輸入模擬信號(hào)的最高頻率分量的頻率其中vivs采樣－保持電路:基本形式信號(hào)保持精度取樣速度輸入阻抗改進(jìn)的采樣保持電路—LF198

討論：D1和D2兩個(gè)二極管起到什么作用？

量化和編碼數(shù)字信號(hào)不僅僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅度上也是離散的，任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。將一個(gè)取樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍這樣的過程，稱為量化。這個(gè)最小數(shù)量單位叫量化單位，用?表示，數(shù)字信號(hào)的最低有效位（LSB）的1所代表的數(shù)量大小就為?。連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)之間的誤差稱為量化誤差。劃分量化電平的兩種方法要求：將0～1V的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼?=1/8V?=2/15V12.4.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器三位并行A/D轉(zhuǎn)換器電壓比較器寄存器代碼轉(zhuǎn)換器例：若Vi處于(3/15～5/15)

VREF之間110000011101000010邏輯狀態(tài)關(guān)系表寄存器狀態(tài)(0～1/15)VREFQ7d2d0d1編碼器輸出輸入電壓Vi00000000000000001111000001111111111111111111111111111111110000000000000000000111(1/15～3/15)VREF(3/15～5/15)VREF(7/15～9/15)VREF(9/15～11/15)VREF(11/15～13/15)VREF(13/15～1)VREFQ6Q5Q4Q3Q2Q1(5/15～7/15)VREF

其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：0砝碼重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝碼總重<待測重量Wx

，故保留砝碼總重仍<待測重量Wx

，故保留砝碼總重>待測重量Wx

，故撤除砝碼總重＝待測重量Wx

，故保留暫時(shí)結(jié)果8克12克12克13克

結(jié)論12.4.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器12.4.3逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器1.工作原理圖12.4.6

8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡圖例12.4.1：在圖12.4.6的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器中，

uI=5.27V，VREF=-8V，求其轉(zhuǎn)換的結(jié)果。解：轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為：10101000。2.逐次逼近型集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐次逼近寄存器SARD/A轉(zhuǎn)換器比較器8路模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼器控制電路三態(tài)輸出鎖存緩沖器封裝管腳IN0～I(xiàn)N7：模擬信號(hào)輸入ADDA、ADDB、ADDC：地址輸入ALE：地址鎖存輸入START：啟動(dòng)脈沖輸入EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出OE：輸出允許標(biāo)志2-1~2-8：數(shù)字量輸出CLOCK：時(shí)鐘輸入+VREF、-VREF：參考電壓輸入12.4.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1.工作原理

把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為中間變量時(shí)間T，然后再對(duì)中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果，這種A/D轉(zhuǎn)換器稱為電壓-時(shí)間變換型(簡稱VT型)。2.集成雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107——位BCD碼A/D轉(zhuǎn)換器。完整的三個(gè)數(shù)位取值0~9最高位數(shù)碼最大為1最高位只有0、1兩個(gè)數(shù)碼ICL7107典型應(yīng)用電路CREF一般取0.1μF；CINT一般取0.22μF；RINT在量程2V時(shí)取470kΩ，

在量程0.2V時(shí)取47kΩ；CAZ在量程2V時(shí)取0.047μF，

在量程0.2V時(shí)取0.47μF；ROSC通常取100kΩ；COSC可以用時(shí)鐘頻率公式計(jì)算：ICL7107的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為：12.4.5流水線型A/D轉(zhuǎn)換器1.結(jié)構(gòu)原理

由多個(gè)稱為“階段”的基本單元構(gòu)成，模擬信號(hào)所包含的信息在經(jīng)過每個(gè)階段時(shí)，依次產(chǎn)生轉(zhuǎn)換后的各個(gè)數(shù)字位。

每個(gè)階段的內(nèi)部包含一個(gè)1位并行比較A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)1位D/A轉(zhuǎn)換器、一個(gè)求和單元和一個(gè)增益為2的放大器。

以某4位流水線型A/D轉(zhuǎn)換器為例。其中設(shè)uI=0.7V，1位A/D轉(zhuǎn)換器和1位D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓VREF=1V。

殘差的計(jì)算公式為：0.7V數(shù)字輸出1R(1)=2×[R(0)-uDA(1)]=0.4V0.4V

階段10V1V0.5V

階段20.5V

0

以某4位流水線型A/D轉(zhuǎn)換器為例。其中設(shè)uI=0.7V，1位A/D轉(zhuǎn)換器和1位D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓VREF=1V。

殘差的計(jì)算公式為：0.7V數(shù)字輸出10.4V

階段10V1V0.5V

階段20.5V

0階段30.5VR(2)=2×[R(1)-uDA(2)]=0.8V0.8V

1

以某4位流水線型A/D轉(zhuǎn)換器為例。其中設(shè)uI=0.7V，1位A/D轉(zhuǎn)換器和1位D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓VREF=1V。

殘差的計(jì)算公式為：0.7V數(shù)字輸出10.4V

階段10V1V0.5V

階段20.5V

0階段30.5V0.8V

1R(3)=2×[R(2)-uDA(3)]=0.6V0.6V

階段40.5V

1

以某4位流水線型A/D轉(zhuǎn)換器為例。其中設(shè)uI=0.7V，1位A/D轉(zhuǎn)換器和1位D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓VREF=1V。

殘差的計(jì)算公式為：0.7V數(shù)字輸出10.4V

階段10V1V0.5V

階段20.5V

0階段30.5V0.8V

10.6V

階段40.5V

1轉(zhuǎn)換的結(jié)果為二進(jìn)制1011，即十進(jìn)制11，對(duì)應(yīng)的模擬量為AD9224是單片集成12位流水線型A/D轉(zhuǎn)換芯片，采樣率可達(dá)40MSPS(MillionSamplesperSecond，兆次采樣/秒)。2.集成流水線型A/D轉(zhuǎn)換器AD9224引腳排布引腳功能差分輸入方式單端輸入方式AD9224的輸入信號(hào)接口

仿真