数模转换器基本原理及常见结构.ppt

本次课内容1、ADC的转换原理；2、ADC的主要参数。3、模数典型芯片介绍；4、ADC的基本应用方法。,模数转换器及其应用,8.3模数转换器（ADC）,ADC作用：将模拟量转换为数字量。主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等；(中速)工业控制，实验设备等；(高速)数字通信、导弹测远等；(超高速)数字音频、视频信号变换、气象数据分析处理。,ADC输入是模拟量，输出是数字量；ADC输出的数字量可视为输入电压(电流)与基准电压(电流)相比所占的比例。,ADC输出与输入关系可表示如下：,即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的最小电压增量VREF/2n相比较，得到与输入模拟量对应的倍数（取整）。,3位ADC示意图,输出数字量对应一个模拟区间,8.3.1ADC的基本原理,一、采样和采样定理,ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大小对应的数字量，该过程称为采样。采样是否会造成丢失某些信息？,时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)，如果其频谱在区间(m,m)以外为零，则它可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts1/2fm)上的样点值f(nTs)确定。,即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号中最高频率fm的两倍（fs2fm），则采样后的输出信号就能够不失真地恢复出模拟信号。,二、采样/保持电路,模拟量到数字量转换需要一定时间，在此期间要求采样所得的样值保持不变。这个过程需有相应电路实现。,C13位,一、ADC的选择,8.4.3ADC的应用,2、根据采集速度确定ADC的转换速度设系统转换速率为f；硬件延迟时间ty；ADC转换时间为tcon。则：T1/f。,T=ty+tcon,3、ADC其它方面的选择需注意事项输出信号的编码方式；与其他逻辑电平的匹配情况；控制信号是否合乎要求等。另外，转换时间要与应用系统匹配。,二、ADC的调整,使用ADC通常要调整其失调和增益误差。方法：硬件、软件消除。,将两组数据代入方程y=max+b可求出ma（实际增益）和b（实际失调）。,有了ma、b及实测输出x，用y=max+b即可得到消除了增益和失调误差标准输出。,三、高分辨率ADC与微处理器的接口,当ADC位数大于CPU数据宽度的接口方法（通常ADC提供两次读出数据控制）。,8.4.4ADC的应用电路,一、数据采集系统,将被采样的模拟信号变化范围变换为接近ADC输入模拟信号的满量程范围。目的：为了减小ADC的量化误差。,二、ADC的满量程转换,例如：被采样信号Vi=0mV11mV；单极性ADC采用截断量化，FSR=10V，输出位数12位。量化区间大小：2.44mV,05V,如：单极性ADC采样双极性输入电压。,三、ADC的功能扩展,Vi=-5V对应Dn-1D0为全0。,Vi=+5V对应Dn-1D0为全1。,双极性电压,单极性电压,四、常用数据处理技术,为消除采样数据中干扰，可用硬件方法，也可用软件对采样数据进行处理，使采样数据尽可能接近其真实值，以提高精度。,1、消除系统零点漂移与增益漂移如：通过两组数据求y=max+b中ma、b。,2、采样数据的标度变换非电物理量电量数字量有意义数字量（标度变换：线性、非线性参数变换）。3、采样数据的数字滤波（减少干扰比重）,1、驱动问题：通常，在DAC之后或ADC之前需加放大电路，对模拟信号加以放大。2、合理使用S/H：DAC之后加S/H可消除突跳；ADC之前加S/H可提高采样频率。3、在芯片处需将模拟、数字地相接。,DAC和ADC在工程应用中需要注意的问题,小结,1、ADC基本原理（并行最快）；2、ADC性能参数（分辨率、量化误差、转换时间）。3、A