22.2.3AD转换器 - AD转换器

12.4A/D转换器如何进行A/D转换？时间上幅度上离散的数字量时间上幅度上连续的模拟量vsvittA/D转换一般包括采样、保持、量化、编码四个步骤。

A/D转换的一般步骤

采样保持：完成对模拟信号时间上的离散化。量化：将采保电路得到的模拟信号转换为相应的数字信号。编码：将数字信号按照一定的编码形式输出。12.4.1A/D转换的基本原理采样：采样定理为了能正确无误地用取样信号表示模拟信号，取样信号必须有足够高的频率。可以证明，为了保证能从取样信号将原来的被取样信号恢复，必须满足为输入模拟信号的最高频率分量的频率其中vivs采样－保持电路:基本形式信号保持精度取样速度输入阻抗改进的采样保持电路—LF198

讨论：D1和D2两个二极管起到什么作用？

量化和编码数字信号不仅仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的，任何一个数字量的大小只能是某个最小数量单位的整数倍。将一个取样信号转换为一个最小数量单位的整数倍这样的过程，称为量化。这个最小数量单位叫量化单位，用∆表示，数字信号的最低有效位（LSB）的1所代表的数量大小就为∆。连续的模拟信号和离散的数字信号之间的误差称为量化误差。划分量化电平的两种方法要求：将0～1V的模拟电压信号转换成3位二进制代码∆=1/8V∆=2/15V12.4.2并行比较型A/D转换器三位并行A/D转换器电压比较器寄存器代码转换器例：若Vi处于(3/15～5/15)

VREF之间110000011101000010逻辑状态关系表寄存器状态(0～1/15)VREFQ7d2d0d1编码器输出输入电压Vi00000000000000001111000001111111111111111111111111111111110000000000000000000111(1/15～3/15)VREF(3/15～5/15)VREF(7/15～9/15)VREF(9/15～11/15)VREF(11/15～13/15)VREF(13/15～1)VREFQ6Q5Q4Q3Q2Q1(5/15～7/15)VREF

其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：0砝码重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝码总重<待测重量Wx

，故保留砝码总重仍<待测重量Wx

，故保留砝码总重>待测重量Wx

，故撤除砝码总重＝待测重量Wx

，故保留暂时结果8克12克12克13克

结论12.4.3逐次逼近型A/D转换器12.4.3逐次逼近型A/D转换器1.工作原理图12.4.6

8位逐次逼近型A/D转换器结构简图例12.4.1：在图12.4.6的逐次逼近型A/D转换器中，

uI=5.27V，VREF=-8V，求其转换的结果。解：转换后的数字量为：10101000。2.逐次逼近型集成A/D转换器ADC0809内部结构逐次逼近寄存器SARD/A转换器比较器8路模拟开关地址锁存与译码器控制电路三态输出锁存缓冲器封装管脚IN0～IN7：模拟信号输入ADDA、ADDB、ADDC：地址输入ALE：地址锁存输入START：启动脉冲输入EOC：转换结束输出OE：输出允许标志2-1~2-8：数字量输出CLOCK：时钟输入+VREF、-VREF：参考电压输入12.4.4双积分型A/D转换器1.工作原理

把待转换的输入模拟电压先转换为中间变量时间T，然后再对中间变量量化编码，得出转换结果，这种A/D转换器称为电压-时间变换型(简称VT型)。2.集成双积分A/D转换器ICL7107——位BCD码A/D转换器。完整的三个数位取值0~9最高位数码最大为1最高位只有0、1两个数码ICL7107典型应用电路CREF一般取0.1μF；CINT一般取0.22μF；RINT在量程2V时取470kΩ，

在量程0.2V时取47kΩ；CAZ在量程2V时取0.047μF，

在量程0.2V时取0.47μF；ROSC通常取100kΩ；COSC可以用时钟频率公式计算：ICL7107的A/D转换结果为：12.4.5流水线型A/D转换器1.结构原理

由多个称为“阶段”的基本单元构成，模拟信号所包含的信息在经过每个阶段时，依次产生转换后的各个数字位。

每个阶段的内部包含一个1位并行比较A/D转换器、一个1位D/A转换器、一个求和单元和一个增益为2的放大器。

以某4位流水线型A/D转换器为例。其中设uI=0.7V，1位A/D转换器和1位D/A转换器的参考电压VREF=1V。

残差的计算公式为：0.7V数字输出1R(1)=2×[R(0)-uDA(1)]=0.4V0.4V

阶段10V1V0.5V

阶段20.5V

0

以某4位流水线型A/D转换器为例。其中设uI=0.7V，1位A/D转换器和1位D/A转换器的参考电压VREF=1V。

残差的计算公式为：0.7V数字输出10.4V

阶段10V1V0.5V

阶段20.5V

0阶段30.5VR(2)=2×[R(1)-uDA(2)]=0.8V0.8V

1

以某4位流水线型A/D转换器为例。其中设uI=0.7V，1位A/D转换器和1位D/A转换器的参考电压VREF=1V。

残差的计算公式为：0.7V数字输出10.4V

阶段10V1V0.5V

阶段20.5V

0阶段30.5V0.8V

1R(3)=2×[R(2)-uDA(3)]=0.6V0.6V

阶段40.5V

1

以某4位流水线型A/D转换器为例。其中设uI=0.7V，1位A/D转换器和1位D/A转换器的参考电压VREF=1V。

残差的计算公式为：0.7V数字输出10.4V

阶段10V1V0.5V

阶段20.5V

0阶段30.5V0.8V

10.6V

阶段40.5V

1转换的结果为二进制1011，即十进制11，对应的模拟量为AD9224是单片集成12位流水线型A/D转换芯片，采样率可达40MSPS(MillionSamplesperSecond，兆次采样/秒)。2.集成流水线型A/D转换器AD9224引脚排布引脚功能差分输入方式单端输入方式AD9224的输入信号接口

仿真