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A/D轉換�
閱讀�133759時間�2011-05-31 08:52:39

  A/D轉換�是用來通過一定的電路將模擬量轉變?yōu)�?shù)字量.模擬量可以是電壓、電流等電信�,也可以是壓�、溫度、濕�、位�、聲音等非電信號。但在A/D轉換�,輸入到A/D轉換器的輸入信號必須�(jīng)各種傳感�把各種物理量轉換成電壓信�。A/D轉換后,輸出的數(shù)字信號可以有8��10��12位和16位等�

概述

  將模擬信號轉換成�(shù)字信號的電路,稱為模�(shù)轉換器(簡稱a/d轉換器或adc,analog to digital converter�,A/D轉換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉換為時間離�、幅值也離散的數(shù)字信�,因�,A/D轉換一般要�(jīng)過取�、保持、量化及編碼4個過�。在實際電路�,這些過程有的是合并進行的,例如,取樣和保持,量化和編碼往往都是在轉換過程中同時實現(xiàn)��

A/D轉換的轉換過程

工作原理

  主要介紹以下三種方法:逐次逼近�、雙積分�、電壓頻率轉換法

  1、逐次逼近�

  逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉換電路,轉換的時間為微秒級�

  采用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換�、緩沖寄存器及控制邏輯電路組�,如�4.21所��

  基本原理是從高位到低位逐位試探比較,好像用天平稱物�,從重到輕逐級增減砝碼進行試探�

  逐次逼近�

 

   

逐次逼近式A/D轉換器原理框圖

  逐次逼近�  轉換過程是:初始化時將逐次逼近寄存器各位清�;轉換開始時,先將逐次逼近寄存器位�1,送入D/A轉換器,�(jīng)D/A轉換后生成的模擬量送入比較�,稱�    Vo,與送入比較器的待轉換的模擬量Vi進行比較,若Vo<Vi,該�1被保�,否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位�1,將寄存器中新的�(shù)字量送D/A轉換器,輸出�    Vo再與Vi比較,若Vo<Vi,該�1被保留,否則被清�。重復此過程,直至逼近寄存器位。轉換結束后,將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存�,得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行��

  2、雙積分�

  采用雙積分法的A/D轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。如�4.22所��

  基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間�,再把此時間間隔轉換成數(shù)字量,屬于間接轉��

  雙積分法

雙積分式A/D轉換的原理框圖

  �4.22  雙積分式A/D轉換的原理框�

  雙積分法A/D轉換的過程是:先將開關接通待轉換的模擬量Vi,Vi采樣輸入到積分器,積分器從零開始進行固定時間T的正向積分,時間T到后,開關再接通與Vi極性相反的基準電壓VREF,將VREF輸入到積分器,進行反向積分,直到輸出為0V時停止積�。Vi越大,積分器輸出電壓越大,反向積分時間也越長。計�(shù)器在反向積分時間內所計的�(shù)值,就是輸入模擬電壓Vi所對應的數(shù)字量,實�(xiàn)了A/D轉換�

  3、電壓頻率轉換法

  采用電壓頻率轉換法的A/D轉換�,由計數(shù)�、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成,如�4.23所��

  它的工作原理是V/F轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈沖信號�

  電壓頻率轉換�

電壓頻率式A/D轉換原理框圖

  �4.23 電壓頻率式A/D轉換原理框圖

  電壓頻率轉換法的工作過程是:當模擬電壓Vi加到V/F的輸入端,便�(chǎn)生頻率F與Vi成正比的脈沖,在一定的時間內對該脈沖信號計�(shù),時間到,統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓Vi,從而完成A/D轉換�

性能指標

  1、分辨率

  2、穩(wěn)定時間(又稱轉換時間�

  3、量�

  4、精�

�(fā)展趨�

  當前,數(shù)字處理系�(tǒng)正在飛速發(fā)�,在視頻領域,高清晰度數(shù)字電視系�(tǒng)(HDTV)的出�(xiàn),將廣播電視推向了一個更高的臺階,HDTV的分辨率與普通電視相比至少提高了一�。在通信領域,過去無線通信系統(tǒng)的設計都是靜�(tài)�,只能在�(guī)定范圍內的特定頻段上使用專用調制�、編碼器和信道協(xié)議。而軟件無線電技�(SDR)能更加靈�、有效地利用頻譜,并能方便地升級和跟蹤新技�,大大地推動了無線通信系統(tǒng)的發(fā)�。在高精度測量領�,儀表的分辨率在不斷提高,電流到達μA量級,電壓到達mV甚至更低;在音頻領域,各種高性能音頻處理設備不斷涌現(xiàn),如DVD-Audio和超級音頻CD(SACD),它們能處理更高質量的音頻信��

  為了滿足�(shù)字系�(tǒng)的發(fā)展要�,A/D轉換器的性能也必須不斷提高,它將主要向以下幾個方向發(fā)�:

  1.高轉換速度: �(xiàn)代數(shù)字系�(tǒng)的數(shù)�(jù)處理速度越來越快,要求獲取數(shù)�(jù)的速度也要不斷提高。比�,在軟件無線電系�(tǒng)�,A/D轉換器的位置是非常關鍵的,它要求A/D轉換器的輸入信號頻率�1GHz�5GHz之間,以目前的技術水�,還很難實現(xiàn)。因�,向超高速A/D轉換器方向發(fā)展的趨勢是清晰可見的�

  2.高精度:�(xiàn)代數(shù)字系�(tǒng)的分辨率在不斷提�,比如,儀表的最小可測值在不斷地減�,因�,A/D轉換器的分辨率也必須隨之提高;在音頻處理系�(tǒng)�,為了能獲得更加逼真的聲音效果,需要高精度的A/D轉換�。目�,精度可�24位的A/D轉換器也不能滿足要求。現(xiàn)�,人們正致力于研制更高精度的A/D轉換��

  3.低功耗:片上系統(tǒng)(SOC)已經(jīng)成為集成電路�(fā)展的趨勢,在同一塊芯片上既有模擬電路又有�(shù)字電�。為了完成復雜的系統(tǒng)功能,大系統(tǒng)中每個子模塊的功耗應盡可能地�,因�,低功耗A/D轉換器是必不可少�。在以往的設計中�5MSPS8�12位分辨率A/D轉換器的典型功耗為100�150mW。這遠不能滿足片上系統(tǒng)的發(fā)展要�,所以,低功耗將是A/D轉換器一個必然的�(fā)展趨��

   總之,各種技術和工藝的相互滲透,揚長避短,開�(fā)出適合各種應用場合,能滿足不同需求的A/D轉換�,將是模�/�(shù)字轉換技術的未來�(fā)展趨�;高速、高精度、低功耗A/D轉換器將是今后數(shù)�(jù)轉換器發(fā)展的重點�

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