数字电子技术基础与实训 课件 26模数转换器

数模转换器主讲：陆学斌数字电子技术目

录

1.

串行单斜率ADC2.串行双斜率ADC

3.并行ADC由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的模数转换过程为：取样、保持、量化和编码。取样：将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量。保持：由于模数转换需要一定的时间，在每次取样后，需要把取样电压保持一段时间。量化：将参考信号分割成2N个子区域（量化单位），并确定取样保持的模拟电压在哪个子区域。N为数字输出编码的位数。编码：将对应的子区域进行数字编码作为数字输出，通常用二进制代码进行编码。ADC的工作原理框图ADC的性能指标包括：分辨率、量化误差和转换时间。分辨率是指ADC输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。通常以ADC输出数字量的位数表示分辨率的高低，因为位数越多，量化单位就越小，对输入信号的分辨能力也就越高。一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化过程中不可避免会产生误差，这种误差称为量化误差（VREF/2N+1）。量化级分得越多（n越大），量化误差越小。完成一次A/D转换所需要的时间叫做转换时间，转换时间越短，则转换速度越快。ADC可分为串行ADC和并行ADC，串行ADC又分为串行单斜率ADC和串行双斜率ADC。1.串行单斜率ADC

Clock为时钟脉冲，周期为T，频率为f；内部计数器作用于斜波发生器，斜波发生器产生随时间变化的正比例输出电压vT，vT输入到比较器的反相输入端，比较器的同相输入端连接欲转换的模拟电压vin*。由于vT从0开始增加，所以在开始的一段时间内，vT<vin*，这段时间内比较器输出高电平。比较器的输出和时钟脉冲一起连接至二输入与门，故在开始一段时间内二输入与门输出多个脉冲电压，脉冲电压的个数与比较器输出高电平的持续时间成正比。1.串行单斜率ADC

当vT>vin*时，二输入与门被封锁，比较器输出低电平，不再输出脉冲电压。由于二输入与门输出脉冲电压的个数与比较器输出高电平的持续时间成正比，而比较器输出高电平的持续时间与vin*成正比，故利用输出计数器对二输入与门的输出脉冲进行计数，并对输出计数器的输出进行编码，就可完成模数转换。串行单斜率ADC结构简单、易于操作，但转换速率慢。1.串行单斜率ADC2.串行双斜率ADC2.串行双斜率ADC工作步骤：1、初始化正向积分器，并对输入信号vin*进行取样和保持；2、正向积分器开始积分，直到某个时刻其输出vint等于比较器的阈值电压Vth，记此时为t0，之后才是正式开始工作；3、开关1闭合，正向积分器对vin*进行积分（即斜率为vin*），共积分NREF（常数）个时钟周期，记为t1，此时正向积分器的输出为：2.串行双斜率ADC工作步骤：4、NREF个时钟周期后，通过数字控制计数器的输出使得开关1断开，开关2闭合，-VREF进入到正向积分器中开始积分，正向计分器的输出开始减小（斜率为-VREF），直到其输出小于Vth，记该过程经历了t2时间，此时正向积分器的输出为：2.串行双斜率ADC2.串行双斜率ADC2.串行双斜率ADC3.并行ADC若Vin*=0.7VREF，则七个比较器的输出从下至上分别为：0、0、0、0、0、1、1。对0的个数进行编码得到输出数码为101。若Vin*=0.8VREF，则七个比较器的输出从下至上分别为：0、0、0、0、0、0、1。对0的个数进行编码得到输出数码为110。若Vin*<0.125VREF，则七个比较器的输出从下至上分别为：1、1、1、1、1、1、1。对0的个数进行编码得到输出数码为000。并行ADC的