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    A/D轉換的基本原理
    作者:admin 2012/4/19 12:57:57   字體 【

    在A/D轉換器中,因為輸入的模擬信號在時間上是連續量,而輸出的數字信號代碼是離散量,所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間(亦即時間坐標軸上的一些規定點上)對輸入的模擬信號取樣,然后再把這些取樣值轉換為輸出的數字量。因此,一般的A/D轉換過程是通過取樣、保持、量化和編碼這四個步驟完成的,即首先對輸入的模擬電壓信號取樣,取樣結束后進入保持時間,在這段時間內將取樣的電壓量化為數字量,并按一定的編碼形式給出轉換結果,然后開始下一次取樣.圖2給出一從模擬量到數字量轉換的過程框圖.

     
    1. 取樣定理
       可以證明,為了正確無誤地用圖3中所示的取樣信號vS表示模擬信號vI,fimax為輸入信號vI的最高頻率分量的頻率。就是所謂的取樣定理.
    在滿足取樣定理的條件下,可以用一個低通濾波器將信號vS還原為vI,這個低通濾波器的電壓傳輸系數 在低于fimax的范圍內應保持不變,而在fS-fimax以前應迅速下降為零.因此,取樣定理規定了A/D轉換的頻率下限。
     
       因此,A/D轉換器工作時的取樣頻率必須高于式(2)所規定的頻率.取樣頻率提高以后,留給每次進行轉換時間也相應的縮短了,這就要求轉換電路必須具備更快的工作速度.因此,不能無限制地提高取樣頻率,通常取 已經能夠滿足要求.
    因為每次把取樣電壓轉換為相應的數字量都需要一定的時間,所以在每次取樣以后,必須把取樣電壓保持一段時間。可見,進行A/D轉換時所用的輸入電壓,實際上是每次取樣結束時的vI值。

    2. 量化和編碼
      我們知道,數字信號不僅在時間上是離散的,而且在數值上的變化也不是連續的。這就是說,任何一個數字量的大小,都是以某個最小數量單位的整倍數來表示的。因此,在用數字量表示取樣電壓時,也必須把它化成這個最小數量單位的整倍數,這個轉化過程就叫做量化。所規定的最小數量單位叫做量化單位,用Δ表示。顯然,數字信號最低有效位中的1表示的數量大小,就等于Δ。把量化的數值用二進制代碼表示,稱為編碼。這個二進制代碼就是A/D轉換的輸出信號。
      既然模擬電壓是連續的,那么它就不一定能被Δ整除,因而不可避免的會引入誤差,我們把這種誤差稱為量化誤差。在把模擬信號劃分為不同的量化等級時,用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。
      假定需要把0~+1V的模擬電壓信號轉換成3位二進制代碼,這時便可以取Δ=(1/8)V,并規定凡數值在0~(1/8)V之間的模擬電壓都當作0×Δ看待,用二進制的000表示;凡數值在(1/8)V~(2/8)V之間的模擬電壓都當作1×Δ看待,用二進制的001表示,……等等,最大的量化誤差可達Δ,即(1/8)V。
     
    劃分量化電平的兩種方法:
     為了減少量化誤差,取量化單位Δ=(2/15)V,并將000代碼所對應的模擬電壓規定為0~(1/15)V,即0~Δ/2。這時,最大量化誤差將減少為為Δ/2=(1/15)V。這個道理不難理解,因為現在把每個二進制代碼所代表的模擬電壓值規定為它所對應的模擬電壓范圍的中點,所以最大的量化誤差自然就縮小為Δ/2了。

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    本文關鍵字: A/D轉換器

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