任务9.2 认识模 数转换器 （课件）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电版）

任务9.1 数/模转换器（DAC） 项目9 数/模转换器和模/数转换器 任务9.2 模/数转换器（ADC） 项目导入 实际生活中，经常会把一些微弱的信号放大到便于测量和利用的程度，这就要用到放大电路。放大电路亦称为放大器，它是使用最为广泛的电子电路之一，也是构成其他电子电路的基础单元电路。 提出问题 你了解ADC的结构组成及转换原理吗？ADC的主要技术指标有哪些？你对逐次比较型ADC电路的工作原理理解吗？双积分型ADC的结构组成和工作原理你理解和掌握了多少？你对集成ADC0809了解多少？ 任务9.2 认识模/数转换器 ADC 模/数转换器 模/数转换器是把模拟量转变成数字量的器件，简称为ADC。实用技术中，ADC用来将所测得的被控制对象的某种连续物理量转换成为离散的数字量。 ADC在模/数转换过程中，只能在一系列选定的瞬间对输入模拟量采样，之后再转换为输出的数字量。即需通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成模数转换。 1.采样保持电路 输入模拟电压 ui 采样保持电路 CP S ui uo CP C 实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。 CP＝1时，采样开关S接通，ui信号被采样，并送到电容C中暂存。 CP＝0时，采样开关S断开，前面采样得到的电压信号在电容C上保持，直到下一个CP＝1信号到来，再对新的电压信号进行采样。 9.2.1 ADC的转换原理 CP S ui uo uo CP C 采样过程是通过模拟电子开关 S实现的。模拟电子开关每隔一定的时间间隔闭合一次，当一个连续的模拟信号通过这个电子开关时，就会转换成若干个离散的脉冲信号。 通过采样脉冲的作用，转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散模拟信号。 采样定理 ui 采样电路的 输入信号波形 采样电路的 离散输出波形 t u 采样间隔时间 采样 保持时间 为保证采样后的离散模拟信号能够基本上真实地保留原始模拟信号ui的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成分fimax的2倍，这是采样电路的基本法则，即采样定理。 2.量化编码电路 t u 数字信号在时间上离散、数值变化不连续，因此任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。把采样电压化为最小数量单位整数倍的过程称为量化。 两个量化电压之间的差值称为量化间隔δ，量化电压的位数越多，量化等级越细，δ的数值就越小。显然，量化编码电路的作用是先将幅值连续可变的采样信号量化成幅值有限的离散信号，再将量化后的信号用对应该量化电平的一组二进制代码表示。量化间隔δ是数字量最低位为1时所对应的模拟量，即ULSB。 t u 舍尾取整法：当最小量化间隔为δ时，若采样电压的尾数不足δ/2，则舍尾取整得其量化值。 四舍五入法：当最小量化间隔为δ时，若采样电压的尾数大于δ/2，则四舍五入得其量化值。 采样值量化的方法通常有四舍五入法和舍尾取整法。 已知δ＝1V。当采样电压等于2.3V时，小数点后的尾数不足0.5V，根据舍尾取整原则，量化电压应等于2V。 例 已知δ＝1V。当采样电压等于2.6V时，小数点后的尾数大于0.5V，根据四舍五入原则，量化电压应等于3V。 例 t u 量化当量δ的数值越小，量化的等级越细。但无论是用哪一种量化方式，在量化过程中都必然存在被测输入量与量化值之间的误差。 量化误差用ε表示。量化误差属原理误差，是无法消除的。但是，各离散电平之间的差值越小，量化误差就越小。 采用舍尾取整法时，最大量化误差为： 采用四舍五入法时，最大量化误差为： t u 如果在实际量化过程中减小量化误差，需在测量范围内减小量化间隔δ，即增加数字量X的位数和模拟电压的最大值Umax。四舍五入量化方式的量化当量应按下式选取： 比较 和 可看出， 四舍五入法的量化误差比舍尾取整法的量化误差小，所以实用中的ADC多采用四舍五入法。 编码：用二进制代码表示量化后采样信息的过程称为编码。 将变化范围为01V的模拟信号电压转换成三位二进制数字量代码。 先把1V电压分成23＝8个离散电平，分别是0V、1/8V、2/8V、3/8V… …7/8V、1V。即δ ＝1/8V。 例 分析 模拟电压 0V 1/8 V 2/8 V 3/8 V 4/8 V 5/8 V 6/8 V 7/8 V 1V 二进制编码 000 001 010 011 100 101 110 111 代码对应的模拟离散电平 0 ε→0V 1 ε→1/8 V 2ε→2/8 V 3 ε→3/8 V 4ε→4/8 V 5ε→5/8 V 6ε→6/8 V 7ε→7/8 V 可见，此例中的量化误差为ε=1/8 V。 9.2.2 ADC的主要技术指标 1.相对精度 相对精度是指ADC转