補(bǔ)充：第二次課模/數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）

模/數(shù)轉(zhuǎn)換先將模擬量進(jìn)行時(shí)間上的離散，即f(t)→f(nTS)，t為連續(xù)變量，n為正整數(shù)，TS為離散化時(shí)的間隔時(shí)間。

在計(jì)算機(jī)處理之前，還應(yīng)當(dāng)將時(shí)間上已經(jīng)離散但幅值仍連續(xù)變化的有限點(diǎn)集合f(nTS)在幅值上離散化，將離散化的值用與之最接近的計(jì)算機(jī)所能表達(dá)的二進(jìn)制數(shù)近似表示，這個(gè)過(guò)程稱為量化。量化后的數(shù)值應(yīng)該以某種編碼格式輸出，此過(guò)程稱為編碼。

采樣→保持→量化→編碼

模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程示意圖

4q3q2q1q0V(t)tt原始電壓信號(hào)采樣保持信號(hào)均勻量化信號(hào)二進(jìn)制編碼(三位)000011010001010011100100011010010

采樣、保持電路原理示意圖

VI(t)SRVO(t)C－＋VO

根據(jù)ADC內(nèi)部工作原理不同分為逐次逼近型、積分型、V/F型等類型；按ADC轉(zhuǎn)換輸出二進(jìn)制位寬不同分為4位、8位、10位、12位、16位等類型；按ADC轉(zhuǎn)換輸出的二進(jìn)制編碼形式不同分為二進(jìn)制、BCD碼等類型；按ADC轉(zhuǎn)換輸出的二進(jìn)制輸出形式不同分為并行輸出、串行輸出、或串并行結(jié)合輸出等類型；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC類型

此外還可以按ADC轉(zhuǎn)換速度(從ns級(jí)～ms級(jí))、封裝形式(DIP、SOC等)、產(chǎn)品級(jí)別(商業(yè)用品、工業(yè)用品、軍用品)等眾多因素不同進(jìn)行分類，其產(chǎn)品極多；有的類型甚至還可以細(xì)分，又如積分型ADC又分為單重積分、雙重積分、四重積分等類型

。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC類型逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器工作原理

比較器逐次逼近寄存器三態(tài)輸出緩沖器控制邏輯D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘控制VIVR啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出使能OE數(shù)字輸出逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器采用“二分搜索、反饋比較、逐次逼近”方法進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由D/A轉(zhuǎn)換器給出二分點(diǎn)電壓VM，通過(guò)電壓比較器比較輸入電壓VI和VM。逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器工作原理若VI>VM，說(shuō)明輸入電壓落入二分電壓值的上半部分，數(shù)字輸出時(shí)置最高二進(jìn)制位為1，在該上半部分進(jìn)行下一次二分搜索；否則，說(shuō)明輸入電壓落入而分電壓值的下半部分，數(shù)字輸出時(shí)置最高二進(jìn)制位為0，在該下半部分進(jìn)行下一次二分搜索。逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器工作原理第二次二分搜索時(shí)得到數(shù)字輸出量的次高位，第三次二分搜索時(shí)得到數(shù)字輸出量的再次高位，如此遞歸進(jìn)行，直到遞歸次數(shù)等于該AD轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位寬數(shù)，最終轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在三態(tài)數(shù)字緩沖器中，供輸出讀取。逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器工作原理一、分辨率與量化誤差分辨率量化誤差二、非線性誤差三、對(duì)電源變化的敏感度四、偏移誤差(零點(diǎn)偏移誤差)五、

溫度偏移誤差六、精度(或稱綜合誤差)

絕對(duì)誤差相對(duì)誤差七、轉(zhuǎn)換時(shí)間模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

一、分辨率與量化誤差1．

分辨率

ADC分辨率是指它輸出的數(shù)字量變化一個(gè)相鄰的數(shù)碼時(shí)，所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓的變化值。因此，一個(gè)n位AD轉(zhuǎn)換器的分辨率為滿量程的1/2n。例如一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入電壓為10V，12位的AD轉(zhuǎn)換器的分辨率為2.44mV，通常直接用12位來(lái)表示其分辨率，有時(shí)也用1/212或滿量程的0.024%表示，即0.024%FSR(FullScaleRange)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

2．

量化誤差量化誤差是指使用有限字長(zhǎng)的數(shù)字量對(duì)模擬輸入電壓進(jìn)行離散取樣(即量化)而導(dǎo)致的誤差。一個(gè)ADC在確定轉(zhuǎn)換位寬后，其量化誤差也隨之確定。從理論上看，一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器的量化誤差為一個(gè)單位分辨率，即±(1/2)LSB(數(shù)字量的最低位)。例如，對(duì)于10位的AD轉(zhuǎn)換器，其分辨率為1/210＝1/1024，因此其量化誤差為±1/2048或±0.0488％(滿量程)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

二、非線性誤差任何一個(gè)理想ADC，當(dāng)模擬輸入電壓線性增加時(shí)，它所輸出的離散值亦應(yīng)該線性增加，即其轉(zhuǎn)換特性為一條直線。而實(shí)際的ADC在滿量程定標(biāo)以后，任何一個(gè)轉(zhuǎn)換碼上的實(shí)際模擬輸入電壓偏離上述理想轉(zhuǎn)換特性的程度(取最大值)即為非線性誤差，有時(shí)也稱線性誤差或轉(zhuǎn)換誤差，用％或LSB的個(gè)數(shù)表示。如某ADC的非線性誤差為±1LSB。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

三、對(duì)電源變化的敏感度由于ADC中包含運(yùn)算放大器，有些還在芯片內(nèi)設(shè)置了基準(zhǔn)電源。因此，芯片供電電壓的波動(dòng)對(duì)ADC的精度傳輸影響。通常用芯片供電直流電壓變化1％時(shí)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出位的輸入電壓的變化的百分比來(lái)表示。一般也稱為電源波動(dòng)誤差。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

四、偏移誤差(零點(diǎn)偏移誤差)

偏移誤差是指輸出數(shù)字量為零時(shí)，輸入模擬信號(hào)電壓與零之間的偏差值。該誤差通常由運(yùn)算放大器或比較器的偏置電壓或電流所引起，而一般在AD轉(zhuǎn)換器外部加一個(gè)調(diào)節(jié)電阻可以將它調(diào)至最小。五、溫度偏移誤差溫度偏移誤差是指AD轉(zhuǎn)換器因溫度變化而產(chǎn)生的誤差。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

六、精度(或稱綜合誤差)ADC的總誤差由上述各種誤差引起，因此，計(jì)算時(shí)按各誤差的均方和的根給出，即總誤差ε＝(ε12＋ε22＋ε32＋ε42)1/2，其中ε1～ε4為以上4項(xiàng)引起的誤差。其中又分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

1．

絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指對(duì)于一個(gè)給定的數(shù)字量輸出，其實(shí)際上輸入的模擬電壓值與理論上應(yīng)輸入的模擬電壓值之差。如給定一個(gè)數(shù)字量800h，理論上應(yīng)輸入5V電壓才能轉(zhuǎn)換成這個(gè)數(shù)，但實(shí)際上輸入4.997V～4.999V時(shí)都能轉(zhuǎn)換出800h這個(gè)數(shù)，因此絕對(duì)誤差為：(4.997＋4.999)/2－5＝－2mV。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

2．

相對(duì)誤差相對(duì)誤差是指整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，所有轉(zhuǎn)換點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬輸入電壓與理論輸入電壓的差值序列，因此相對(duì)誤差也稱為線性度。精度一般以LSB為單位進(jìn)行表示，對(duì)于滿量程為10V，絕對(duì)誤差為2mV的12位AD轉(zhuǎn)換器，其精度近似為±1LSB。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

七、

轉(zhuǎn)換時(shí)間

ADC完成一次AD轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即從輸入啟動(dòng)信號(hào)有限開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束所經(jīng)歷的時(shí)間。有時(shí)以每秒鐘所完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)表示，稱為轉(zhuǎn)換速率。例如，一個(gè)12位的逐次逼近ADC可能有1μs初始建立時(shí)間和每位2μs轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此總的轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，其轉(zhuǎn)換速率為400000次/秒。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器基本參數(shù)

逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器工作原理

晶體管開關(guān)樹梯形電阻RRRRRRR/23R/2比較器逐次逼近寄存器8-1模擬復(fù)接器三態(tài)輸出鎖存器控制邏輯地址寄存器時(shí)鐘STARTEOCOED7D6D5D4D3D2D1D0ALEADDAADDBADDCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7REF(-)REF(+)ADC0808/0809信號(hào)引腳

IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVR(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDC

ALED7(MSB)D6D5D4D0(LSB)VR(-)D212345678910111213142827262524232221201918171615IN7111IN6011IN5101IN4001IN3110IN2010IN1100IN0000ADDAADDBADDC選中通道地址ADC0808/0809工作時(shí)序

CLOCKSTARTALEADDC～A模擬輸入比較器輸入OEEOCD7～02μs+8T高阻ADC0808/0809典型應(yīng)用連接

VIN80－5V

模擬輸入VIN1DB7(MSB)DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0(LSB)CLKVR(+)VR(-)STARTALEABCVCCGNDOEEOCD7D6D5D4

D3

D2

D1