3.8 模-数转换器在线视频

下面讲第三章第八节

模数转换器

模数转换器

它的功能就是将模拟信号转换为数字信号

如左边这个图所示

输入是一个模拟信号

输出是N位的数字信号

那么在转换的时候有一个参考电压VREF

那么实际上模数转换器

是将VREF等分为2的N次方

然后输入的模拟信号

会跟这个等分的这些信号进行比较

跟哪一个等分的信号接近

那么就输出相应的数字信号

在转换的过程中我们来看右边这个图

转换 它是在等间隔的时间内进行转换的

那么这个等间隔的时间

我们就称它为采样时间

模数转换器应用范围比较广

可以应用于语音 视频 通信 自动控制

仪器仪表等等

在选择模数转换器的时候

我们要根据它的性能指标来选择

第一个性能指标就是分辨率

这个是根据它输出的数字信号的位数

来确定的

有不同的分辨率

那么它的分辨率位数越高

那么分辨率就会越高

精度相对来讲也会越高

第二个指标就是它的精度

也称为量化误差

这个是用它输出的数字信号

对应的理想的模拟信号

跟真实的输入的模拟信号之间的最大误差

来衡量的

通常用数字输出信号的最低有效位

对应的模拟信号的倍数来表示

比如说一个LSB

或者是二分之一个LSB

第三个参数就是响应时间

是指模数转换器从启动到开始转换的时间

这个时间越短

那么它转换得就越快

速度就越高

接下来第四个性能指标就是转换速率

这是指模数转换器它转换一次信号

所需要的时间的倒数

那这个时间越短

转换速率就会越高

第五个性能指标是采样速率

采样速率是指用户在应用的时候

指定的这个转换的速率

那这时候这个采样速率

通常比模数转换器

它本身的那个转换速率要低一些

那采样速率

是用户根据输入信号的最高的频率

来确定的

通常采用速率根据奈奎斯特定理

应该是比输入信号的最高频率的两倍

要高一些

那这样的话就比较合适

第六个参数是输入信号的范围

这是指输入的模拟信号的范围

通常这个范围跟它的参考电压是有关系的

第七个参数就是通道数

是指输入的模拟信号的数量

有的是单通道的

就是只能输入一个模拟信号

也有两通道或者是多通道的

那这时候模数转换器

可以同时处理多个输入的模拟信号

最后一个是电源

模数转换器

也可以根据它的内部的电路结构

和转换的方式

分为不同的类型

那这儿它的类型比较多

所以我们把它总的分为三大类

第一大类包括逐次逼近型

也就是SAR型模数转换器

积分型模数转换器

以及压频变换型模数转换器

压频变换型模数转换器

实际上就是我们常说的压控振荡器

它可以把输入的模拟信号

转换为一个矩形波的频率

通过计数器

然后再把它转换成这个数字的量输出

这三种模数转换器相对的来讲

速度中等或者是偏低

精度也是中等

广泛的应用在各种数据的采集中

第二类就是flash或者是并行的ADC

还有就是流水线型ADC

这两大类ADC

它的速度相对比较高

但是精度偏低

它主要是用在一些高速的数据采集

还有就是移动通信的基站

或者是快速以太网里头

第三类就是增量调制型ADC

或者称它为ΔΣ型ADC

那么这是一种高精度的ADC

但是它的转换速率相对的来讲会低一些

它主要是用在一些高精度的数据采集

例如语音系统 多媒体系统

或者是地震勘探仪器等等

接下来我们主要介绍两种特殊的ADC

一种就是流水线型ADC

顾名思义流水线型ADC

它在处理模拟信号的时候

是像工厂里头的流水线上的产品制作一样

是分为多道工序来进行的

那么这时候

它实际上是用多个1位的ADC

去实现N位的ADC

如这个图所示

输入信号进来以后

分别经过多个1位的ADC

每个ADC负责转换1位

从最高位开始转换

然后依次转换其它的位

那这样的话

相对来讲就可以提高它的转换的速度

例如第一个数据进来以后

先转换最高位

也就是第N位

然后再转换次高为N减1位

接着再转换第N减2位

当第一个数据被转换到N减1位的时候

就可以开始第二个数据的转换

开始转换它的第N位

然后当第二个数据

转换到第N减1位的时候

那么这时候

就可以开始转换第三个数据的第N位

那这样的话并行的工作

就会使得它的转换的速率提高

流水线型ADC它内部的结构

大致是这个样子

它由多个ADC组成

那我们看到每一个1位的ADC

它前面有一个采样保持器

然后接下来有一个1位的ADC

然后有一个1位的DAC

最后有一个减法器

工作的时候输入信号

先进到采样保持器进行稳定

然后通过这个1位的ADC转换

实际上也就是把输入的这个模拟信号

跟这个最高位所对应的模拟信号进行比较

然后输出一个最高位的值

如果输入信号

比这个最高位对应的模拟信号大

就输出1

小就输出0

这样就转换成数字信号

然后1位ADC它的输出的信号

再经过这个1位的DAC的转换

变成模拟信号

这个就代表最高位的这个对应的模拟信号

然后跟它原始的这个输入的模拟信号

进行相减以后

再输入到下一级

也就是下一个ADC进行转换

下一个ADC转换之前

首先把这个信号放大两倍再进行转换

这就是它内部的结构

接下来介绍第二种特殊的ADC

也就是增量调制型ADC

那么这个ADC的结构主要是包括两个

一个是一个N位的flash ADC

它的输出是N位的数字信号

然后再经过一个数字滤波器

得到一个M位的数字信号

这时候输出的信号的M位比N位要少

实际上对于这个增量调制型的ADC

它主要是采用了一种过采样的原理

也就是首先通过这个flash ADC

高速的采样

得到一个位数较多的N位的数字量

然后通过数字滤波器丢掉一些数据位

然后得到少一些的M位的数据量

那这样的话

通过这个数字滤波器丢掉一些位数

可以相当于进行滤波以后

它的这个精度会高一些

增量调制型ADC

它内部的结构大致是这样子

这个flash的ADC

它主要是采用了一种反馈式结构的形式

前面有一个减法器

中间有一个积分器

然后就是这个ADC

另外它还有一个DAC作为反馈

然后后面的是数字滤波器

这个前面的这个ADC在工作的时候

首先将输入信号与DAC输出的信号

进行相减

DAC输出的信号一开始是0

然后相减以后的结果被积分器积分

然后送给这个ADC进行转换

得到N位的数据

N位的数字量再通过DAC转换成模拟量

再与输入的模拟信号进行相减

如果DAC输出的模拟信号

比输入的模拟信号小

那么它再继续转换输出N位的数据

然后再继续通过DAC输出模拟量

直到DAC输出的模拟量

跟输入的模拟量相等

那么这时候转换就结束

得到N位的数据

然后再通过数字滤波器丢掉一些数据以后

得到M位的输出结果

实际的ADC有各种各样的类型

比方说我们从TI可以查到一些ADC

像应用比较广泛的SAR ADC

还有高精度的增量调制型ΔΣ型ADC

还有就是高速的流水线型的ADC

感谢您的观看