数字电子电路课件第10章10.2

1、10.3 模数转换器（模数转换器（adc） 在在a / d 转换器中，输入的模拟信号在时间上是连转换器中，输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，所以进行转换时，续的，而输出的数字信号是离散的，所以进行转换时，必须在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号采样，然后必须在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号采样，然后再把采样值转换为输出的数字量。再把采样值转换为输出的数字量。 a / d 转换过程要经过采样、保持、量化、编码转换过程要经过采样、保持、量化、编码四个步骤完成，其中，采样与保持是一个电路连续完四个步骤完成，其中，采样与保持是一个电路连续完成，量化和编码也是同时实现的。成，量化

2、和编码也是同时实现的。10.3.1 模数转换器基本原理模数转换器基本原理1、采样、保持、采样、保持采样：将一个连续变化的模拟量转换为时间上离散的信号。采样：将一个连续变化的模拟量转换为时间上离散的信号。v00ts(t)0t图图10-3-1 模拟信号采样模拟信号采样模拟电子开关受取样脉模拟电子开关受取样脉冲冲s(t) 的控制：的控制：模拟电子开关模拟电子开关viv0s(t) 取样脉冲取样脉冲s(t) = 1 开关接通开关接通s(t) = 0 开关断开开关断开vit0采样定理：采样定理： 为了保证从取样信号为了保证从取样信号恢复成原信号，则：恢复成原信号，则： f 取样取样 2f i max采样、

3、保持：采样、保持：- a+cs(t)viv0+-2、量化、编码、量化、编码 在采样保持输出波形中，在保持的一段时间内在采样保持输出波形中，在保持的一段时间内v 0不变，所以这段时间可用于量化和编码。不变，所以这段时间可用于量化和编码。量化：数值上近似化。量化：数值上近似化。它取值有限，但数值离散，它取值有限，但数值离散， 存在量化误差。存在量化误差。编码：将量化后的电压编成二进制码。编码：将量化后的电压编成二进制码。量化方法：量化方法： 四舍五入四舍五入 舍去小数舍去小数若设若设a / d 转换的最小量化单位为转换的最小量化单位为，则：，则：按舍去小数，量化误差为按舍去小数，量化误差为； 按四

4、舍五入，量化误差为按四舍五入，量化误差为 。12四舍五入四舍五入舍去小数舍去小数当小于当小于 时，舍尾时，舍尾 ；2当大于当大于 时，入整时，入整 。2最小量化单位最小量化单位 = 1v模拟电压模拟电压 vi/v二进制二进制 编码编码量化值量化值11111010110001101000100007.56.55.54.53.52.51.50.5213456776543210模拟电压模拟电压 vi/v二进制二进制 编码编码量化值量化值111110101100011010001000021345677654321082最大量化误差为最大量化误差为最大量化误差为最大量化误差为模模/ / 数（数（a /

5、 da / d）转换器）转换器电路形式很多，通常归为两大类：电路形式很多，通常归为两大类： 直接法：直接法：vt 变换型变换型 adc双积分式双积分式 adc 间接法：间接法：将采样将采样保持的模拟信号保持的模拟信号 时间（或频时间（或频率）率） 数字量。数字量。将采样将采样保持的模拟信号保持的模拟信号 数字量。数字量。并联型并联型 adc逐次逼近型逐次逼近型adc特点：特点： 工作速度快，精度低。工作速度快，精度低。特点：特点： 工作速度低，精度较高。工作速度低，精度较高。它是直接式它是直接式 a / d 转换器中常用的一种。转换器中常用的一种。10.3.3 逐次逼近型逐次逼近型 adc基本

6、思想：基本思想： 将大小不同的参考电压与采样将大小不同的参考电压与采样保持保持后的模拟电压逐步进行比较，比较结果后的模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进制代码表示。以相应的二进制代码表示。图图10 4 9为为 4 位逐次逼近型位逐次逼近型a / d 转换器的原理方框图转换器的原理方框图例：设例：设d / a 转换器的基准电压转换器的基准电压 vref = 8v，采样，采样保持信号电压保持信号电压 vi = 6.55v ，求其二进制代码？，求其二进制代码？vrvicpcp0cp1cp2cp3cp46.55v8 vj = 1k = 010004v10组成：组成：a / d 转换器电压比转换器

7、电压比较器时序分配器较器时序分配器vrefcp0 1 2 3 4时序分配器时序分配器rdjksrcjksrbjksrajksgqdqcqbqad/a转转换换器器1cfddddqd0qd1qd2qd3qdqcqbqacpcp0cp1cp2cp3cp4 1 0 0 0vrvicpcp0cp1cp2cp3cp46.55v8 vj = 1k = 011006v10vrefcp0 1 2 3 4时序分配器时序分配器rdjksrcjksrbjksrajksgqdqcqbqad/a转转换换器器1cfddddqd0qd1qd2qd3 1 1 0 0qdqcqbqacpcp0cp1cp2cp3cp4 1 0 0

8、 0vrvicpcp0cp1cp2cp3cp46.55v8 v11107v01vrefcp0 1 2 3 4时序分配器时序分配器rdjksrcjksrbjksrajksgqdqcqbqad/a转转换换器器1cfddddqd0qd1qd2qd3qdqcqbqacpcp0cp1cp2cp3cp4 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0j = 1k = 0j = 0k = 1vrvicpcp0cp1cp2cp3cp46.55v8 vj = 0k = 111016.5v10vrefcp0 1 2 3 4时序分配器时序分配器rdjksrcjksrbjksrajksgqdqcqbqad/a转转换换

9、器器1cfddddqd0qd1qd2qd3qdqcqbqacpcp0cp1cp2cp3cp4 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1j = 1k = 010使使qa = 1 1 1 0 1在在cp4的上升沿到来时，将的上升沿到来时，将 j k 触发器的触发器的qdqcqbqa =1101状状态存入到寄存器中。寄存器的态存入到寄存器中。寄存器的输出输出d3d2d1d0=1101即为输入模拟信号即为输入模拟信号vi = 6.55v的的二进制代码。二进制代码。vi 对应的数字量可由下式求出：对应的数字量可由下式求出：( n )10 = (vi) 四舍五入四舍五入再将再将( n )10 换算成二进制数。换算成二进制数。 = 2nvr