不同原理的AD转换技术..ppt

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1、不同原理的不同原理的ADAD转换技术转换技术.引言 随着时代的发展，电子技术日趋于高精度随着时代的发展，电子技术日趋于高精度化即数字化。然而，在实际应用中，我们所化即数字化。然而，在实际应用中，我们所遇到的信号大都是连续变化的模拟量，因此，遇到的信号大都是连续变化的模拟量，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。号。A/DA/D转换器正是基于这种要求应运而生。转换器正是基于这种要求应运而生。A/D转换电路过程1.取样2.保持3.量化4.编码 A/D A/D转换器有转换器有直接转换法直接转换法和和间接转换法间接转换法两大类。两大类。直直接接法法是是通

2、通过过一一套套基基准准电电压压与与取取样样保保持持电电压压进进行行比比较较，从从而而直直接接将将模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度高高，转转换换精精度度容容易易保保证证，调调准准也也比比较较方方便便。直直接接A/DA/D转转换换器器有有计计数数型型、逐逐次次比较型、并行比较型比较型、并行比较型等。等。间间接接法法是是将将取取样样后后的的模模拟拟信信号号先先转转换换成成中中间间变变量量时时间间t t或或频频率率f f,然然后后再再将将t t或或f f转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度较较低低，但但转转换换精精度度可可以以做做得得较较高高

3、，且且抗抗干干扰扰性性强强。间间接接A/DA/D转转换换器器有有单单次次积分型、双积分型积分型、双积分型等。等。A/DA/D转换器的分类转换器的分类常见的常见的A/DA/D转换电路转换电路逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器并行比较型转换器并行比较型转换器电压频率电压频率A/DA/D转换器转换器循环余数式循环余数式A/DA/D转换器转换器脉宽式脉宽式A/DA/D转换器转换器多斜式积分多斜式积分A/DA/D转换器转换器流水线流水线ADC(ADC(子区式子区式)折叠插值折叠插值(子区式子区式)-型型A/DA/D转换转换逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器

4、转换器 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器原理图转换器原理图 逐次逼近型逐次逼近型ADC优点：优点：(1)高速，转换速率高达100万次每秒(MSPS)。(2)与其它ADC结构相比，功耗相当低。(3)在要求分辨率很低(14位)情况 下，价格较高。(2)从传感器产生的输出信号在进行数模转换之前通常对模拟信号进行调理，一般包括增益级和滤波，这样会明显提高成本。并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器 量化电平依据有舍有量化电平依据有舍有入划分为入划分为7 7个电平。个电平。量化单位为量化单位为 =(2/15)U=(2/15)UREFREF量化误差为量化误差为|maxmax|=(1/15)U|

5、=(1/15)UREFREF电压比较器电压比较器 U U+U U-时，时，C Ci i1 1；U U+U U-时，时，C Ci i0 0。并行式并行式A/D转换转换优点：优点：它是模数转换中速度最高的；缺点：缺点：(1)分辨率不太高；(2)面积和功耗大；(3)成本相当高；(4)需要2N一1比较器。双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器基本原理：基本原理：将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量。先将开关接通待转换的模拟量i，i采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间的正向积分，时间到后，开关再接通与i极性相反的基准电压F，将F输入到积分器，进行反向积分，直到

6、输出为0V时停止积分。i越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压i所对应的数字量，实现了A/D转换。双积分型双积分型A/D转换转换优点：(1)精度高；(2)功耗较低；(3)成本较低。缺点：转换速率受限制，转换精度随转换速率的增加而降低。电压频率转换法 由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，如图所示。它的工作原理是/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法 电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压i加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统

7、计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。图5 电压频率式A/D转换原理框图 电压频率电压频率A/D转换转换优点优点：(1)高精度；(2)功耗较低；(3)价格较低，但还需要附加的计数电路实现频率数字转换。缺点：缺点：(1)类似积分型ADC，它的转换速率受限制，转换器的精度随转换速率增加而降低。100-300 SPS的转换速率对应的转换精度一般为12位。(2)需要外部计数电路完成模数转换。一ADC主要有两部分来组成：相对较小的模拟调制部分和较复杂的数字滤波部分。众所周知，ADC的模拟部分是影响它性能和面积的关键部分，而一ADC在获得很高分辨率的同时，仿真器件并不需要很高的匹配率，

8、这样设计的过采样ADC不但精度高、功耗低，电路结构本身也具有数字信号处理能力，很容易制成低通过采样ADC和带通过采样ADC，而并不增加芯片面积。过采样ADC是通过提高数字电路的复杂度，而降低在模拟电路上的技术要求，换取精度的提高。这是它比其它ADC的独特的方面。-A/DA/D转换：转换：优点：(1)分辨率高达24位；(2)比积分型及压频变换型ADC的转换速率高；(3)采用混合信号CMOS制造工艺，在一块芯片上很容易实现低价格、高分辨率数据采集和数字信号处理；(4)由于采用高倍率过采样技术，降低了对传感器信号进行滤波的要求，实际上取消了信号调理。A/D转换主要技术指标精度：量化间隔(分辨率)=V

9、max/电平数(即满量程值)例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为5V/256=19.6mV 量化误差:用数字（离散）量表示连续量时，由于数字量字长有限而无法精确地表示连续量所造成的误差。(字长越长，精度越高)A/D转换主要技术指标例：满量程电压=10V，A/D变换器位数=10位，则转换时间:转换一次需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。绝对量化误差 10/211=4.88mV相对量化误差 1/211*100%=0.049%绝对量化误差=量化间隔/2=(满量程电压/2n)/2相对量化误差=(1/2)(1/量化电平数目)100%输入动态范围:允许转换的电压的范围。如05V、0

10、10V等。A/D转换技术的发展趋势v高转换速度:v现代数字系统的数据处理速度越来越快，要求获取数据的速度也要不断提高。比如，在软件无线电系统中，A/D转换器的位置是非常关键的，它要求A/D转换器的最大输入信号频率在1GHz和5GHz之间，以目前的技术水平，还很难实现。因此，向超高速A/D转换器方向发展的趋势是清晰可见的。A/D转换技术的发展趋势v高精度：v现代数字系统的分辨率在不断提高，比如，高级仪表的最小可测值在不断地减小，因此，A/D转换器的分辨率也必须随之提高;在专业音频处理系统中，为了能获得更加逼真的声音效果，需要高精度的A/D转换器。目前，最高精度可达24位的A/D转换器也不能满足要求。现在，人们正致力于研制更高精度的A/D转换器。2003200420052006A/D转换技术的发展趋势v低功耗：v片上系统(SOC)已经成为集成电路发展的趋势，在同一块芯片上既有模拟电路又有数字电路。为了完成复杂的系统功能，大系统中每个子模块的功耗应尽可能地低，因此，低功耗A/D转换器是必不可少的。A/D转换技术的发展趋势v随着时代的发展，各种技术和工艺的相互渗透，扬长避短，开发出适合各种应用场合的、满足不同需求的A/D转换器。vA/D转换器的发展日趋于高速、高精度、低功耗。Thank you!Thank you!结束！结束！