文档介绍：本次课内容
1、ADC的转换原理;
2、ADC的主要参数。
3、模数典型芯片介绍;
4、ADC的基本应用方法。
模数转换器及其应用
§ 模数转换器(ADC)
ADC作用:将模拟量转换为数字量。
主要应用:(低速)数字万用表,电子秤等;(中速)工业控制,实验设备等;(高速)数字通信、导弹测远等;(超高速)数字音频、视频信号变换、气象数据分析处理。
ADC输入是模拟量,输出是数字量;
ADC输出的数字量可视为输入电压(电流)与基准电压(电流)相比所占的比例。
ADC输出与输入关系可表示如下:
即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的最小电压增量VREF/2n相比较,得到与输入模拟量对应的倍数(取整)。
3位ADC
示意图
输出数字量对应一个
模拟区间
§ ADC的基本原理
一、采样和采样定理
ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大小对应的数字量,该过程称为采样。
采样是否会造成丢失某些信息?
时域采样定理:一个频带有限的信号f(t),如果其频谱在区间(-ωm,ωm)以外为零,则它可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts<1/2fm)上的样点值f(nTs)确定。
即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号中最高频率fm的两倍(fs ≥2fm),则采样后的输出信号就能够不失真地恢复出模拟信号。
二、采样/保持电路
模拟量到数字量转换需要一定时间,在此期间要求采样所得的样值保持不变。这个过程需有相应电路实现。
τC<<tw,故Vs的变化与Vi同步。
Vs
LF198
三、量化和编码
模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范畴,需经量化(将取样值表示为最小数量单位的整数倍)处理,才能转换为时间上和数值上都为离散的数字信号。
最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。
编码:将量化结果用数字代码表示出来。常见有自然二进制编码、二进制补码编码。
因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值,它们不可能都正好是量化单位的整数倍,即在量化时不可避免地会引入量化误差(ε)。
量化误差:有限位ADC产生的输出数据的等效模拟值与实际输入模拟量之间的差值。
量化误差的大小与量化方式、量化单位、ADC编码位数、基准电压大小有关。
常用的量化方式:舍入量化和截断量化两种方式。
例如:FSR=1V的3位ADC,其分辨率为1/8V(1LSB)。分别采用舍入量化和截断量化两种方式,情况如下:
LSB/2
舍入量化
截断量化
量化值
量化区间中点
量化区间末端
输出001H
量化点误差为0
Vi=1/8V
量化点误差为0
Vi=1/8V
1/16<Vi<3/16(V)
1/8<Vi<2/8(V)
最大
误差
1/8-1/16; 1/8-3/16
±LSB/2
1/8-2/8
-1LSB