《数字电子技术》课程PPT教学课件课件（电类）第09章 模数与数模转换器 9.2 A/D 转换器

9.2A/D转换器9.2.1A/D转换的一般工作过程9.2.2并行比较型A/D转换器9.2.3逐次比较型A/D转换器9.2.4双积分式A/D转换器9.2.5A/D转换器的主要技术指标9.2.6集成A/D转换器及其应用A

9.2.6 集成A/D转换器及其应用 9.2 A/D 转换器 9.2.1 A/D转换的一般工作过程 9.2.2 并行比较型A/D转换器 9.2.3 逐次比较型A/D转换器 9.2.4 双积分式A/D转换器 9.2.5 A/D转换器的主要技术指标

9.2A/D转换器概述能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。1.A/D功能：输出数字量输入模拟电压D.~DoADCA公

概述 ADC Dn~D0 输入模拟电压 输出数字量 1. A/D功能: 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。 9.2 A/D 转换器

2.A/D转换器分类并联比较型特点：转换速度快，转换时间10ns~1us，但电路复杂逐次逼近型特点：转换速度适中，转换时间为几us~100us，转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡，双积分型3特点：转换速度慢，转换时间几百us~几ms，但抗干扰能力最强

2. A/D转换器分类 ① 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns ~1s, 但电路复杂。 ② 逐次逼近型 特点: 转换速度适中,转换时间 为几s ~100 s, 转换精度高，在 转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 ③ 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百s ~几ms,但抗干扰能力最强

9.2.1A/D转换的一般工作过程时间上和量值上都连续时间上和量值上都离散模拟信号数字信号编码样取保持、量化量值上也离散的信号时间上离散的信号保持，A/D转换器一般要包括取样，量化及编码4个过程

样 取 时间上离散的信号 保持、量化 量值上也离散的信号 编 码 模拟信号 时间上和量值上都连续 数字信号 时间上和量值上都离散 9.2.1 A/D转换的一般工作过程 A/D转换器一般要包括取样， 保持，量化及编码4个过程

1.取样与保持采样是将随时间连续变化的模S(t)-1:开关闭合拟量转换为在时间离散的模拟量S(t)-0:开关断开采样信号S(t)的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定。采样定理：设采样信号S(t)的频率为f，输入模拟信号ut的最高频率分量的频率为fmax则f、≥2fimax

1. 取样与保持 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。 采样信号S(t)的频率愈高，所采 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 率由采样定理确定。 采样定理：设采样信号S(t)的频 率为fs，输入模拟信号I(t)的最 高频率分量的频率为fimax， 则 fs ≥ 2fimax S(t)=1:开关闭合 S(t)=0:开关断开

取样与保持电路及工作原理采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模拟信号保持一段时间。保持采样

采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量 化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模 拟信号保持一段时间。 采样 保持 取样与保持电路及工作原理

2.量化与编码量化·数字信号在数值上是离散的。采样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，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。3.编码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A/D转换器输出的数字量

2. 量化与编码 •数字信号在数值上是离散的。采样–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。 经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。 量化 3.编码

4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差在量化过程中由于所采样电压不一定能被△整除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用表示量化误差属原理误差，它是无法消除的。AD转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。5.量化方式两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式

在量化过程中由于所采样电压不一定能被整除，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表示。 量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越 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化方 式。 4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差 5.量化方式

a）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：对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理例：将0~1V电压转换为3位二进制代码量化后编码输入信号电压最小量化单位11174-7/8V+D.2-2lot(D.211064=6/8vU.IR0D,2-+D2lot△-1LSB-1/8VKR1015A05/8VUDo1o(Do2-+D,24N-4/8V100U:/D0.2-+D,2lo最大量化误差为：ER011343/8VUTo(D.2+D,20102A-2/8V01m/=LSB/2Uo=1/8V(D2+D2Lo00114=1/8VDD,2210OA0V000DR=R,E

LSB 2  max  I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 0 1 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 111 110 101 100 011 010 001 0Δ=0 v 000 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 输入信号 量化后 编码 电压 a ) 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； 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： 最小量化单位 ＝1/8V Δ=1LSB= 1/8 V 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码

b）四舍五入量化方式：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例：将0~1V电压转换为3位二进制代码模拟输入信号编码最小量化单位：电平1D!11074-14/15ylou,A=1LSB-2/15VU,/R,6A-12/15V11010TouR=.2最大量化误差为：D,/R,101SA-10/15VD.2-10ToUR100D/R,44-8/15Vemax=LSEPO7D.2-D2-2louR=1/15V0112A-615yU,/R,2-10loUR?0101emx/-LSB/2U,/R,3A-4/15-0-10ToUR-00114-2/15VU/ R,DOD.24D,22loUR-0000A-0VD/R.0R=A

b )四舍五入量化方式: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。 最大量化误差为： 最小量化单位： 0 1 111 110 101 100 011 010 001 0Δ=0 v 000 7Δ=14/15 v 6Δ=12/15 v 5Δ=10/15 v 4Δ=8/15 v 3Δ=6/15 v 2Δ=4/15v 1Δ=2/15 v 输入信号 编码 模拟 电平 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 I R D D D R I R R OUT O I f OUT f 1 1              ( ) / 0 1 1 2 9 10 2 2  2 LSB 2  max  Δ=1LSB= 2/15 V LSB 2  max  ＝1/15V 例：将0~1V电压转换为3位二进制代码