詳述ADC(即analog to digital converter)的轉換過程
2022/10/25 15:47:17 點擊:
ADC的基本轉換原理分為四個過程:
①抗混疊濾波(Anti-aliasing),可以理解為一個低通濾波器
②采樣保持電路(Sample and hold)
③量化(Quantizer)
④編碼(Coder)
采樣保持
所謂采樣就是將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉化為時間上離散變化的模擬量。將采樣結果儲存起來,直到下次采樣,這個過程叫作保持。

量化和編碼
模擬信號通過ADC轉換成數(shù)字信號的這一過程稱為量化,由于量化輸出的數(shù)字信號位數(shù)有限,所以輸出的數(shù)字信號和你采樣得到的模擬信號會有一個誤差,被稱為量化誤差,對于一個N位ADC來說,假設其滿量程電壓為Vref,Vref被ADC分為2N個區(qū)間,區(qū)間寬度用LSB(last significant bit)表示LSB=Vref/2N。
例如:Vref=8V,ADC為3位,LSB=1,所以每個區(qū)間為1V,
000代表電壓0≤V<1
001代表電壓1≤V<2
010代表電壓2≤V<3
011代表電壓3≤V<4
100代表電壓4≤V<5
101代表電壓5≤V<6
110代表電壓6≤V<7
111代表電壓7≤V<8
基本原理是從高位到低位逐位試探比較,好像用天平稱物體,從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換過程是:初始化時將逐次逼近寄存器各位清零;轉換開始時,先將逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A轉換器,經(jīng)D/A轉換后生成的模擬量送入比較器,稱為 Vo,與送入比較器的待轉換的模擬量Vi進行比較,若Vo
②雙積分式ADC
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隔,再把時間間隔轉換成數(shù)字量,屬于間接轉換。轉換過程是: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,直到輸出位0V時停止積分。Vi越大,積分器輸出電壓越大,反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值,就是模擬電壓Vi所對應的數(shù)字量,實現(xiàn)了A/D轉換。
③全并行/串并行ADC
ADC的參數(shù)
①分辨率
數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量,定義為滿刻度與2n的比值,通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。
②轉換速率
轉換速率是指A/D轉換一次所需要時間的倒數(shù),即單位時間內(nèi)完成A/D轉換的次數(shù)
③采樣速率
采樣速率是兩次采樣(兩次轉換)的間隔時間的倒數(shù),為了保證轉換的正確完成,一般采樣速率必須小于等于轉換速率,即采樣時間大于等于轉換時間。
①抗混疊濾波(Anti-aliasing),可以理解為一個低通濾波器
②采樣保持電路(Sample and hold)
③量化(Quantizer)
④編碼(Coder)
采樣保持
所謂采樣就是將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉化為時間上離散變化的模擬量。將采樣結果儲存起來,直到下次采樣,這個過程叫作保持。
量化和編碼
模擬信號通過ADC轉換成數(shù)字信號的這一過程稱為量化,由于量化輸出的數(shù)字信號位數(shù)有限,所以輸出的數(shù)字信號和你采樣得到的模擬信號會有一個誤差,被稱為量化誤差,對于一個N位ADC來說,假設其滿量程電壓為Vref,Vref被ADC分為2N個區(qū)間,區(qū)間寬度用LSB(last significant bit)表示LSB=Vref/2N。
例如:Vref=8V,ADC為3位,LSB=1,所以每個區(qū)間為1V,
000代表電壓0≤V<1
001代表電壓1≤V<2
010代表電壓2≤V<3
011代表電壓3≤V<4
100代表電壓4≤V<5
101代表電壓5≤V<6
110代表電壓6≤V<7
111代表電壓7≤V<8
ADC的分類
基本原理是從高位到低位逐位試探比較,好像用天平稱物體,從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換過程是:初始化時將逐次逼近寄存器各位清零;轉換開始時,先將逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A轉換器,經(jīng)D/A轉換后生成的模擬量送入比較器,稱為 Vo,與送入比較器的待轉換的模擬量Vi進行比較,若Vo
②雙積分式ADC
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隔,再把時間間隔轉換成數(shù)字量,屬于間接轉換。轉換過程是: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,直到輸出位0V時停止積分。Vi越大,積分器輸出電壓越大,反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值,就是模擬電壓Vi所對應的數(shù)字量,實現(xiàn)了A/D轉換。
③全并行/串并行ADC
ADC的參數(shù)
①分辨率
數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量,定義為滿刻度與2n的比值,通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。
②轉換速率
轉換速率是指A/D轉換一次所需要時間的倒數(shù),即單位時間內(nèi)完成A/D轉換的次數(shù)
③采樣速率
采樣速率是兩次采樣(兩次轉換)的間隔時間的倒數(shù),為了保證轉換的正確完成,一般采樣速率必須小于等于轉換速率,即采樣時間大于等于轉換時間。
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