AD转换及其原理.ppt
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1、A/D转换及其原理一.A/D转换的的基本概念基本概念二.ADC的主要技的主要技术参数参数三三.A/D转换的一般步的一般步骤和基本原理和基本原理四四.集成集成A/D转换器及器及应用用计算机能算机能够处理的是数字量信息。然而在理的是数字量信息。然而在现实世界中有很世界中有很多信息并不都是数字量的,例如声音、多信息并不都是数字量的,例如声音、电压、电流、流量、流、流量、压力、温度、位移和速度等,它力、温度、位移和速度等,它们都是都是连续变化的物理量。化的物理量。这些些连续变化的物理量称化的物理量称为模模拟量。量。概述计算机是处理计算机是处理数字量信息数字量信息的设备,要处理这些模拟量信息的设备,要处
2、理这些模拟量信息就必须有一个模拟接口,通过这个模拟接口,将模拟量信就必须有一个模拟接口,通过这个模拟接口,将模拟量信息转换成数字量信息,以供计算机运算和处理。息转换成数字量信息,以供计算机运算和处理。然后,再把计算机处理过的数字量信息转换为然后,再把计算机处理过的数字量信息转换为模拟量信息模拟量信息,以实现对被控制量的控制。以实现对被控制量的控制。AD转换的原因转换的原因 典型典型计算机自动控制系统计算机自动控制系统一.AD的基本概念模数模数转换将将时间连续和幅和幅值连续的模的模拟量量转换为时间离散、幅离散、幅值也离散的数字量也离散的数字量。使使输出的数字量与出的数字量与输入的模入的模拟电量成
3、正比。量成正比。实现模数模数转换的的电路称路称模数模数转换器器。通常。通常的模数的模数转换器是将一个器是将一个输入入电压信号信号转换为一个一个输出的数字信号。即出的数字信号。即A/D转换器,或器,或简称称ADC。(Analog-Digital-Converter)二.ADC的主要技的主要技术参数参数1.分辨率分辨率对于于ADC来来说,分辨率表示,分辨率表示输出数字量出数字量变化一个相化一个相邻数数码所需要所需要输入模入模拟电压的的变化量。通常定化量。通常定义为满刻度刻度电压与与2n的比的比值,其中,其中n为ADC的位数。例如具有的位数。例如具有12位分辨率的位分辨率的ADC能能够分辨出分辨出满
4、刻度的刻度的1/212(0.0244%)。)。有有时分辨率也用分辨率也用A/D转换器的位数来表示,如器的位数来表示,如ADC0809的的分辨率分辨率为8位,位,AD574的分辨率的分辨率为12位等。位等。2.量化量化误差差量化量化误差是由于差是由于ADC 的有限分辨率引起的的有限分辨率引起的误差,差,这是是连续的模的模拟信号在整数量化后的固有信号在整数量化后的固有误差。差。对于四舍五入的于四舍五入的量化法,量化量化法,量化误差在差在1/2 LSB之之间。二.ADC的主要技的主要技术参数参数3.绝对精度精度绝对精度是指在精度是指在输出端出端产生生给定的数字代定的数字代码所表示的所表示的实际需要的
5、模需要的模拟输入入值与理与理论上要求的模上要求的模拟输入入值之差。之差。4.相相对精度精度它与它与绝对精度相似,所不同的是把精度相似,所不同的是把这个偏差表示个偏差表示为满刻度刻度模模拟电压的百分数。的百分数。5.转换时间转换时间是是ADC完成一次完成一次转换所需要的所需要的时间,即从启,即从启动信信号开始到号开始到转换结束并得到束并得到稳定的数字定的数字输出量所需要的出量所需要的时间,通常通常为微秒微秒级。6量程量程量程是指能量程是指能转换的的输入入电压范范围。三三.A/D转换的一般步的一般步骤和基本原理和基本原理基本原理基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1uI模拟输模拟输入信号入信号n
6、n 位二进制数输出位二进制数输出D D=D Dn n-1-1 D Dn n-2-2 D D1 1 D D0 0 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位,它是 ADC 的最小分辨电压。可见,输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI。“”表示取整。A/D转换的一般步的一般步骤uI(t)C量化编码电路Dn-1D1D0uI(t)S采样保持电路输入模拟量输入模拟量输出数字量输出数字量采样:把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持:保持采样信号,使有充分时间转换为数字信号。量化:把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的 整数倍表示。编码:把量化的结果用二进制代码表示。A/D转换的一般步的一般步骤 采采
7、样和保持通常在采和保持通常在采样保持保持电路中完成,量路中完成,量化和化和编码通常在通常在A/D转换电路中完成。路中完成。采样定理:设取样脉冲s(t)的频率为fS,输入模拟信号x(t)的最高频率分量的频率为fmax,必须满足fs 2fmax。y(t)才可以正确的反映输入信号(从而能不失真地恢复原模拟信号)。通常取通常取fs(2.53)fmax 由于由于A/D转换需要一定的需要一定的时间,在每次采,在每次采样以后,以后,需要把采需要把采样电压保持一段保持一段时间。s(t)有效期有效期间,开关管,开关管VT导通,通,uI向向C充充电,uO(=uc)跟随跟随uI的的变化而化而变化;化;s(t)无效期
8、无效期间,开关管,开关管VT截止,截止,uO(=uc)保持不保持不变,直到下,直到下次采次采样。(由于集成运放。(由于集成运放A具有很高的具有很高的输入阻抗,在保持入阻抗,在保持阶段,段,电容容C上所存上所存电荷不易泄放。)荷不易泄放。)A/D转换的一般步的一般步骤 量化量化数字量最小数字量最小单位所位所对应的最小量的最小量值叫做叫做量化量化单位位。将采将采样保持保持电路的路的输出出电压归化化为量化量化单位位的整的整数倍的数倍的过程叫做程叫做量化。量化。从从图中中可可以以看看出出,量量化化过程程会会产生生最最大大1/2 LSB(即即0.5V)的的误差差,要要减减少少这种种量量化化误差差,可可采
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- AD 转换 及其 原理
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