浅析现代工业模数转换器.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————浅析现代工业模数转换器一、数模转换器(一) 、基本概念模数转换器即 A/D 转换器, 或简称 ADC , 通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义, 仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准, 比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。将模拟信号转换成数字信号的电路,称为模数转换器(简称 a/d 转换器或 adc,analog to digital converter ), A/D 转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号, 因此, A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码 4 个过程。在实际电路中, 这些过程有的是合并进行的, 例如, 取样和保持, 量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。(二) 、转换原理模拟数字转换器的分辨率是指,对于允许范围内的模拟信号, 它能输出离散数字信号值的个数。这些信号值通常用二进制数来存储, 因此分辨率经常用比特作为单位, 且这些离散值的个数是 2 的幂指数。例如, 一个具有 8 位分辨率的模拟数字转换器可以将模拟信号编码成 256 个不同的离散值(因为 2^8= 256 ) ,从 0到 255 (即无符------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————号整数)或从-128 到 127 (即带符号整数) ,至于使用哪一种,则取决于具体的应用。分辨率同时可以用电气性质来描述,使用单位伏特。使得输出离散信号产生一个变化所需的最小输入电压的差值被称作最低有效位( Least significant bit, LSB ) 电压。这样, 模拟数字转换器的分辨率 Q 等于 LSB 电压。模拟数字转换器的电压分辨率等于它总的电压测量范围除以离散电压间隔数: ? 这里 N 是离散电压间隔数。这里 EFSR 代表满量程电压范围,即是总的电压? 测量范围,即输入参考高电压与输入参考低电压的差值[1] ? 这里 VRefHi 和 VRefLow 是转换过程允许电压的上下限。? 正常情况下,电压间隔数 N=2^M ,M为 ADC 模块的精度的位数响应类型大多数模拟数字转换器的响应类型为线性, 这里的“线性”是指, 输入信号的大小与输入信号的大小成线性比例。? 一些早期的转换器的响应类型呈对数关系,由此来执行 A-la w 算法或μ-law 算法编码。误差? 模拟数字转换器的误差有若干种来源。量化错误和非线性误差(假设这------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————个模拟数字转换器标称具有线性特征) 是任何模拟数字转换中都存在的内在误差。也有一种被称作孔径错误( aperture error ) ,它是由于时钟的不良振荡,且常常在对时域信号数字化的过程中出现。这种误差用一个称为“最低有效位”的参数来衡量。采样率?? 模拟信号在时域上是连续的, 因此可以将它转换为时间上连续的一系列数字信号。这样就要求定义一个参数来表示新的数字信号采样自模拟信号速率。这个速率称为转换器的采样率或采样频率。可以采集连续变化、带宽受限的信号( 即每隔一时间测量并存储一个信号值) ,然后可以通过插值将转换后的离散信号还原为原始信号。这一过程的精确度受量化误差的限制。然而, 仅当采样率比信号频率的两倍还高的情况下才可能达到对原始信号的忠实还原, 这一规律在采样定理有所体现。由于实际使用的模拟数字转换器不能进行完全实时的转换, 所以对输入信号进行一次转换的过程中必须通过一些外加方法使之保持恒定。常用的有采样- 保持电路,在大多数的情况里,通过使用一个电容器可以存储输入的模拟电压, 并通过开关或门电路来闭合、断开这个电容和输入信号的连接。许多模拟数字转换集成电路在内部就已经包含了这样的采样- 保持子系统。混叠--------