A/D转换的一般工作过程

时间:2023-03-10来源:佚名

1.取样与保持

取样是将随时间连续变化的模拟量转化为时间离散的模拟量。取样过程示意图如图1所示。图a中,传输门受取样信号 A/D转换的一般工作过程 控制,在 A/D转换的一般工作过程 的脉宽t期间,传输门导通,输出信号 A/D转换的一般工作过程 为输入信号 A/D转换的一般工作过程 ,而在 A/D转换的一般工作过程 期间,输出信号 A/D转换的一般工作过程 。电路中各信号波形如图b所示。

A/D转换的一般工作过程

1 取样过程

通过分析可以看出,取样信号 A/D转换的一般工作过程 的频率愈高,所取得信号经低通滤波器后愈能真实的复现输入信号。合理的取样频率由取样定理(详见信号与系统教材)决定。

将取样电路每次得到的模拟信号转换为数字信号都需要一定的时间,为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值,每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。

取样与保持过程往往是通过取样—保持电路同时完成的。取样—保持电路的原理图及其输出波形如图2所示。

A/D转换的一般工作过程 A/D转换的一般工作过程

(a)原理图 (b)波形图

2 取样-保持电路

电路由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和开关驱动电路组成。电路图中要求A1具有很高的输入阻抗,以减小对输入信号源的影响。为使保持阶段CH上所存电荷不易泄放,A2也应具有较高输入阻抗,A2还应具有较低的输出阻抗,这样可以提高电路的带负载能力。一般还要求电路中 A/D转换的一般工作过程

结合图2来分析取样—保持电路的工作原理。在t=t0时,开关S闭合,电容被迅速充电,由于 A/D转换的一般工作过程 ,因此 A/D转换的一般工作过程 ,在 A/D转换的一般工作过程 时间间隔内是取样阶段。当t=t1时刻S断开。若A2的输入阻抗为无穷大、S为理想开关,这样就可认为电容CH没有放电回路,其两端电压保持为 A/D转换的一般工作过程 不变,图7.17b A/D转换的一般工作过程 的平坦段即为保持阶段。

取样保持电路已有很多种型号的单片集成电路产品。如双极型工艺的有AD585AD684;混合工艺的有AD1154SHC76等。

2. 量化与编码

量化数值量化的简称,就是将取样—保持电路的输出电压,按某种近似方式规划到与之相应的离散电平上的转化过程。量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。

量化过程中所取最小数量单位称为量化单位,用D表示。它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量,即1LSB

在量化过程中,由于取样电压不一定能被D整除,所以量化前后不可避免的存在误差,此误差称之为量化误差,用e表示。量化误差属原理误差,它是无法消除的。A/D转换器的位数越多,各离散电平之间的差值越小,量化误差越小。

量化过程近似方式:

² 取整方式,即只舍不入量化方式

² 四舍五入量化方式

3A/D转换器为例,设输入信号 A/D转换的一般工作过程 的变化范围为0~8V,采用只舍不入量化方式时,取D=1V,量化中把不足量化单位部分舍弃,如数值在0~1V之间的模拟电压都当作0D,用二进制数000表示,而数值在1~2V之间的模拟电压都当作1D,用二进制数001表示。这种量化方式的最大量化误差为D;如采用四舍五入的量化方式,则取量化单位D=8V/15,量化过程将不足半个量化单位部分舍弃,对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。它将数值在0~8V/15之间的模拟电压都当作0D对待,用二进制数000表示,而数值在8V/15~24V/15之间的模拟电压当作1D,用二进制数001表示等。

不难看出,四舍五入量化方式的量化误差比前者小。因为只舍不入量化方式最大量化误差| A/D转换的一般工作过程 |=1LSB,而四舍五入量化方式| A/D转换的一般工作过程 |=LSB/2,故大多数A/D转换器采用四舍五入量化方式。

3.A/D转换器分类

A/D转换的一般工作过程 直接A/D转换器: 将模拟信号量直接转换为数字信号;具有较高的转换速度;其典型电路有并行比较型和逐次比较型
按其工作原理
间接A/D转换器 先将模拟信号转换成某一中间电量(时间或频率),然 后再将中间电量转换为数字量输出;转换速度较慢;其 典型电路是双积分型和电压频率转换型。

单片集成并行比较器的产品很多,如AD公司的AD9012TTL工艺,8位)、AD9002ECL工艺,8位)、AD9020TTL工艺,10位)等。常用集成逐次比较型A/D转换器有ADC0808/0809系列(8位)、A/D57510位)、A/D57412位)等。单片集成双积分式A/D转换器有ADCEK8B8位,二进制码)、ADCEK10B10位,二进制码)、MC14433等。下面将详细介绍几种A/D转换器的电路结构及工作原理。

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