1、 A/D 转换器转换器ADCDnD0输出数字量输出数字量I 输入模拟电压输入模拟电压能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。1.A/D功能功能:时间上离散的信号时间上离散的信号保持、量化保持、量化量值上也离散的信号量值上也离散的信号编码编码模拟信号模拟信号时间上和量值上都连续时间上和量值上都连续数字信号数字信号时间上和量值上都离散时间上和量值上都离散 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程 A/D转换器一般要包括转换器一般要包括取样，取样，保持，量化及编码保持，量化及编码4个过程个过程。取取 样样1.取样与保持取样与保持 采样是将随时间连续变化的模拟
2、采样是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟量量转换为在时间离散的模拟量。采样信号采样信号S(t)的频率愈高，所采的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能真实地得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采样频率由复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定采样定理确定。采样定理：设采样信号采样定理：设采样信号S(t)的频的频率为率为fs，输入模拟信号，输入模拟信号 I(t)的最高频的最高频率分量的频率为率分量的频率为fimax，则则 fs 2fimaxS(t)=1:开关闭合开关闭合S(t)=0:开关断开开关断开 O(t)I(t)TG S(t)0 0 0 O(t)S(t)I(t)t
3、 t t TS 2.量化量化 数字信号在数值上是离散的。采样数字信号在数值上是离散的。采样保持电路的输出电压还保持电路的输出电压还需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。只能是某个最小数量单位的整数倍。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。量化后的数值最后还需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经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。转换器输出的数字量。3.编码编码 在量化过程中由于所采样电压不一定能被在量化过程中由于所采样电压不一定能被 整除，所以量化整
4、除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用 表示。表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数转换器的位数越越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。化方式。4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差量化误差：量化前的电压与量化后的电压差5.量化方式量化方式LSB1max V8701V86V85V84V83V82V81111110
5、1011000110100010000=0 v7=7/8 v6=6/8 v5=5/8 v4=4/8 v3=3/8 v2=2/8 v1=1/8 v输入信号输入信号编码编码量化后量化后电压电压a)只舍不入量化方式只舍不入量化方式:量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。最大量化误差为：最大量化误差为：最小量化单位最小量化单位1/8V=1LSB=1/8 V例：将例：将01V电压转换为电压转换为3位二进制代码位二进制代码b)四舍五入量化方式四舍五入量化方式:量化过程将不足
6、半个量化单位部分舍弃，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。对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。最大量化误差为：最大量化误差为：最小量化单位：最小量化单位：011111101011000110100010000=0 v7=14/15 v6=12/15 v5=10/15 v4=8/15 v3=6/15 v2=4/15v1=2/15 v输入信号输入信号编码编码模拟模拟电平电平V1513V1511V159V157V155V153V1512LSBmax =1LSB=2/15 V2LSBmax 1/15V例：将例：将01V电压转换为电压转换为
7、3位二进制代码位二进制代码 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器 R I VREF VREF 13 15 R CP VREF 11 15 R R R VREF 3 15 VREF 1 15 R R R/2+C1+C2+C3+C4+C5+C6+C7 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 优先编码器优先编码器(LSB)(MSB)0 电压比较器电压比较器输入模拟输入模拟电压电压精密电阻精密电阻网络网络精密参考精
8、密参考电压电压VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15输出数输出数字量字量1、电路组成、电路组成 R I VR E F R C P R R R R R R/2+C1 +C2 +C3 +C4 +C5 +C6 +C7 C0 1 C0 2 C0 3 C0 4 C0 5 C0 6 C0 7 1 D C 1 Q I1 1 D C 1 Q I2 1 D C 1 Q I3 1D C 1 Q I4 1D C 1 Q I5 1D C 1 Q I6 1D C 1 Q I7 D0 D1 D2 优优先先编编码码器器(L S B)D0 (M S
9、B)0 VI=8VREF/151111000001 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VREF/15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 013VREF/15 vI VREF/15 1 1 1 1
10、1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D D触发器存触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。储，经优先编码器编码，得到数字量输出。1.转换精度转换精度 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 单片集成单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。述的。分辨率分辨率:说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制制(或十进制或十进制)数的位数表示。数的位数表示。转换误差：转换误差：表示表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。量之间的差别。
