硬件相关-ADC原理(未完成)

一、模数转换的一般步骤：

1）采样和保持

为了把模拟信号转换成对应的数字信号，必须首先将模拟量每隔一定时间抽取一次样值，使时间上连续变化的模拟量变为一个时间上断续变化的模拟量，这个过程称为采样。

为了保证采样后的信号能恢复原来的模拟信号，要求采样的频率f_s与被采样的模拟信号的最高频率f_imax应满足下面关系：f_s≥2f_imax

2）量化和编码

数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化也是不连续的。

这就是说，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数值的整数倍。

而采样-保持所得的电压信号虽成阶梯状，但电平仍是连续变化的，即不是数字量。

因此，必须将采样-保持后的信号的大小局限在这些规定的离散电平上，即在进行A/D转换时，必须将采样-保持后的电压化为某个规定的最小单位的整数倍，这一过程称为量化。

所取的最小数量单位叫做量化单位，用Δ表示。

显然，数字信号最低有效位的1代表的数值大小就等于Δ。

将量化幅值用二进制代码或二-十进制码等表示出来的过程称为编码。那些代表模拟信号各采样值的代码组就是A/D转换的结果。

由于模拟信号是连续的，所以它就不一定能被Δ整除，因此量化过程不可避免的会引入误差，我们称这种误差为量化误差。

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二、模/数转换原理

1）逐次逼近式A/D转换器

逐次逼近式A/D转换器是一种反馈比较型A/D转换器。

它的基本构思是：取一个数字量加到D/A转换器，于是得到一个输出模拟量比较电压。将这个模拟电压与输入的模拟电压信号比较，如果两者不等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的数字量就是所求的转换结果。

逐次逼近式A/D转换器是目前反馈比较型A/D转换器中使用最多的一种。

e.g.举例：

这是一个4位二进制代码的逐次逼近式A/D转换器。

控制逻辑电路6个D触发器FF₁~FF₆和与门1~4构成，其中6个D触发器组成环形移位寄存器；

逐次逼近寄存器由4个RS钟控触发器FF_A~FF_D组成；

4位DAC用来产生反馈比较电压U_f；

门5~8输出4位数字量D₃D₂D₁D₀;

C为电压比较器。

设ADC满量程可输入电压U_m=100mV，下面分析将采样保持模拟信号U_i=65mV转换成数字信号的过程：

？？？？？？？？？？？？？？？？

2）并行比较型A/D转换器

上图为3位二进制输出的并行比较型A/D转换器的逻辑图。

这是一个直接A/D转换器，它由电压比较器、缓冲寄存器和编码器（代码转换器）及部分组成。

图中，U_R为电压比较器的基准电压，输入的模拟电压幅值范围为0~U_R。

3）双积分A/D转换器.

这是一种间接A/D转换器。

间接A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号（如变为时间、频率等），然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。

目前用得最多的是电压-时间（V-T）变换型间接A/D转换器。

图14-13和14-14分别为双积分A/D转换组成框图和原理图。

它由积分器、过零比较器、脉冲信号源及控制逻辑电路组成。

双积分式A/D转换方法的基础是测量两个时间，一个是输入模拟电压向电容充电的固定时间，另一个是在已知参考电压下电容充分放电所需的时间。输入模拟电压与参考电压的比值就等于上述两个时间之比。

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三、模/数转换器的主要技术参数

1）分辨率

2）转换速度

3）相对误差