模數轉換器
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- 發(fā)布時間：2015/5/29 10:32:57
- 作者：銀河電氣
01采樣
采樣也稱取樣，指把時間域或空間域的連續(xù)量轉化成離散量的過程。模數轉換器每隔一定的時間間隔對連續(xù)信號采樣，得到當時時間點上連續(xù)信號的離散值，也就是連續(xù)信號轉換為離散信號。
02量化編碼
模數轉換器將采樣得到的離散信號轉換為幅值量化的數字信號。通常，我們所說的“采樣”是指采樣和量化結合的過程。
03采樣頻率
采樣頻率表示數字信號采樣自模擬信號的速率，對模擬信號采樣的頻度。它代表了離散信號在和時域和空間域上的精確度。
04采樣定理
采樣定理是指在進行模擬數字信號的轉換過程中，當采樣頻率大于信號中最高頻率（信號帶寬）的2倍時，采樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息。
采樣得到的數字信號是對模擬信號的不完全描述，兩次采樣點之間的模擬信號是未知的。如果采樣頻率高于模擬信號變化的頻率，那么可以假定兩次采樣點之間的模擬信號的值是介于這兩次采樣值，但是如果采樣頻率低于模擬信號變化的頻率，那么假設是不成立的。
所以采樣定理確定了信號最高頻率的上限，或能獲取連續(xù)信號的所有信息的采樣頻率的下限。
05混疊
如果信號帶寬高于或等于奈奎斯特頻率（即采樣頻率的二分之一），會導致混疊現象。帶寬高于奈奎斯特頻率的信號會被重建成低于奈奎斯特頻率的混疊信號（混疊信號的頻率為信號頻率與采樣率之差）；帶寬等于奈奎斯特頻率的信號會被重建成頻率不變，但是幅值相位變化的混疊信號。
例如：一個2KHZ的正弦信號在1.5KHZ采樣頻率的轉換后，會被重建為500HZ的正弦信號。一個2KHZ的正弦信號在2KHZ采樣頻率的轉換后，會被重建為2KHZ幅值相位發(fā)生變化的正弦信號。
為了避免混疊現象，通常采用兩種措施：
1、提高采樣頻率，達到信號最高頻率的兩倍以上；
2、輸入信號通過低通濾波器（通常稱為抗混疊濾波器）進行濾波處理，過濾掉頻率高于采樣率一半的信號。
“這是一款8位、10位的AD”，這里的8位、10位就是模數轉換器的分辨率，它表示為模擬信號可以編碼成數字信號值的個數（28 = 256，210 = 1024）。它是模數轉換器關鍵指標之一，關系著模數轉換器的精度（數值大小方面的精度）。
例如：測量0~5V范圍內的電壓信號，采用8位、10位的AD同時對1V電壓進行采樣。
8位AD芯片，將0~5V分解成256個可能取的數字值，10位AD芯片，將0~5V分解成1024個可能取得數字值，若同時采用“四舍五入”的方式處理量化誤差，則8位AD理論采到的值為0.99609V，10位AD理論采到的值為1.00096，誤差分別為0.3%和0.01%。
模數轉換的過程中有多個地方會帶來誤差。
1、量化誤差。采樣量化過程中必定會造成誤差，采用高分辨率的AD芯片，只能減小誤差，而不能消除誤差。
2、非線性誤差。由于電路的噪聲、積分效應等造成的誤差。
3、時基誤差，也成為孔徑誤差。由于時鐘振蕩不良，通常在對模擬信號采樣，離散化時出現，即：采樣信號可能變成了，可以看作是一種相位誤差。
直接ADC是將輸入模擬電壓直接轉換成數字量，如并聯比較型ADC和逐次比較型ADC； 間接ADC是先將輸入模擬電壓轉換成時間或頻率，然后再把這些中間量轉換成數字量，如雙積分型ADC。
01并聯比較型模數轉換器
優(yōu)點：采用各量級同時并行比較，各位輸出碼同時并行產生，因此轉換速度快，轉換速度與輸出碼位數無關。
缺點：成本高、功耗大，所用元件數量隨ADC位數的增加，以幾何級數上升。適用于要求高速、低分辨率的場合。
02逐次逼近型模數轉換器
特點：逐次逼近型ADC每次轉換需要n+1個節(jié)拍脈沖才能完成，比并聯比較型ADC轉換速度慢，屬于中速ADC器件。另外，當位數較多時，所需的元、器件比并聯比較型少得多，應用較廣。
03雙積分型模數轉換器
優(yōu)點：
（1）抗干擾能力強。采樣電壓是采樣時間內輸入電壓的平均值。
（2）穩(wěn)定性好，轉換精度高。通過兩次積分把VI和VREF之比變成兩次計數值之比，只要求RC和TC在兩次積分時保持不變即可。
（3）非線性誤差小。轉換結果與積分時間常數RC無關，消除了積分非線性帶來的誤差。
缺點：轉換速度低。
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