数据采集与智能仪器2016_ch4_yjs_adc

第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器1第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器本章内容本章内容本章内容本章内容4.1 4.1 概述概述概述概述4.2 ADC4.2 ADC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理一、一、一、一、FlashFlash型型型型ADCADC二、双斜积分型二、双斜积分型二、双斜积分型二、双斜积分型ADCADC三、计数器三、计数器三、计数器三、计数器/ /斜坡跟踪型斜坡跟踪型斜坡跟踪型斜坡跟踪型ADCADC四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型五、五、五、五、- -调制型调制型调制型调制型ADCADC六、流水线型六、流水线型六、流水线型六、流水线型ADCADC（包括两步型）（包括两步型）（包括两步型）（包括两步型）七、插值结构和折叠插值型七、插值结构和折叠插值型七、插值结构和折叠插值型七、插值结构和折叠插值型ADC ADC 4.3 4.3 典型典型典型典型ADCADC芯片及应用举例芯片及应用举例芯片及应用举例芯片及应用举例2第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4.1 4.1 概述概述概述概述? ? 将模拟量（信号）转换为数字量（信号）的过程将模拟量（信号）转换为数字量（信号）的过程 称为模拟数字转换（称为模拟数字转换（Analog to DigitalAnalog to Digital），或称），或称 A/DA/D转换。能够完成这种转换的电路称为模数转转换。能够完成这种转换的电路称为模数转 换器（换器（Analog Digital ConverterAnalog Digital Converter），简称），简称ADCADC。? ? A/DA/D转换方式有多种，转换方式有多种，ADCADC应用的需求也千差万应用的需求也千差万 别，因此有种类繁多的别，因此有种类繁多的ADCADC器件。仅器件。仅ADAD公司就有公司就有 2222大类、数以千计的大类、数以千计的ADCADC产品型号。产品型号。? ? 在类型众多的在类型众多的ADCADC器件中，有多种分类方法。器件中，有多种分类方法。3第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器按工作按工作原理进原理进行分类行分类优点：优点： 转换速度快。转换速度快。缺点：缺点： 抗干扰能力差。抗干扰能力差。优点：优点： 平均值比较，抗干扰能力强。平均值比较，抗干扰能力强。缺点：缺点： 转换速度慢。转换速度慢。直接比较型直接比较型模拟信号与参考电压直接比模拟信号与参考电压直接比 较，得到数字量。较，得到数字量。有逐次比较、并行比较有逐次比较、并行比较···有有V/F转换、积分式、脉冲调宽转换、积分式、脉冲调宽···间接比较型间接比较型模拟信号先转换为中间物模拟信号先转换为中间物理量，再将中间物理量转理量，再将中间物理量转换成数字信号。换成数字信号。4第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器按转换按转换按转换按转换对象进对象进对象进对象进行分类行分类行分类行分类瞬时值转换型瞬时值转换型瞬时值转换型瞬时值转换型转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在 采样时刻的抽样值，亦采样时刻的抽样值，亦采样时刻的抽样值，亦采样时刻的抽样值，亦 即瞬时值。即瞬时值。即瞬时值。即瞬时值。平均值转换型平均值转换型平均值转换型平均值转换型转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在转换对象是模拟信号在一段时间内的平均值。一段时间内的平均值。一段时间内的平均值。一段时间内的平均值。按转换按转换按转换按转换电路进电路进电路进电路进行分类行分类行分类行分类开环比较型开环比较型开环比较型开环比较型转换电路呈开环形式，模转换电路呈开环形式，模 拟样本直接量化后转换成拟样本直接量化后转换成 数字信号。数字信号。闭环反馈型闭环反馈型闭环反馈型闭环反馈型转换电路呈闭环形式，量转换电路呈闭环形式，量 化比较电平由负反馈电路化比较电平由负反馈电路 提供。提供。5第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器A AD D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.1. 分辨率分辨率分辨率分辨率? 分辨率分辨率A/D转换器所能分辨的模拟输入信号的最转换器所能分辨的模拟输入信号的最 小变化量。小变化量。设设AD转换器输出数字信号的比特数为转换器输出数字信号的比特数为n，满量程，满量程 电压为电压为FSR，则分辨率定义为：，则分辨率定义为：nFSR2?分辨率分辨率（4-1）? 分辨率也就是分辨率也就是A/D转换器的最小量化单位转换器的最小量化单位量阶。量阶。相对分辨率定义为：相对分辨率定义为：%10021%100?nFSR分辨率分辨率相对分辨率相对分辨率（4-2）6?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 由式（由式（4-1）和式（）和式（4-2），可得出），可得出A/D转换器分辨率转换器分辨率 与比特数之间的关系。与比特数之间的关系。表表4.1 ADC分辨率与比特数之间的关系分辨率与比特数之间的关系（假设（假设（假设（假设FSRFSRFSRFSR为为为为10V10V10V10V）位 数位 数级 数级 数相对分辨率相对分辨率（1 LSB）分辨率分辨率（1 LSB）8101214162561024409616384655360.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015% 39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV? ? A/DA/DA/DA/D转换器分辨率的高低取决于比特数的多少。因此，转换器分辨率的高低取决于比特数的多少。因此，转换器分辨率的高低取决于比特数的多少。因此，转换器分辨率的高低取决于比特数的多少。因此，常用常用常用常用 比特数比特数比特数比特数n n n n来间接表示分辨率来间接表示分辨率来间接表示分辨率来间接表示分辨率。? ? 目前目前目前目前A/DA/DA/DA/D转换器最高分辨率已达到转换器最高分辨率已达到转换器最高分辨率已达到转换器最高分辨率已达到28bit28bit28bit28bit（TI ADSTI ADSTI ADSTI ADS- - - -1282128212821282）70.1mv?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2. 量程量程量程量程? 量程量程 A/D转换器允许输入的模拟信号的电压范围。转换器允许输入的模拟信号的电压范围。例如：例如：05V（单极性输入）、（单极性输入）、-5V+5V（双极性（双极性 入）、入）、010V、-10V+10V等。等。超出此范围则产生超出此范围则产生幅度过载失真幅度过载失真。3. 精度精度精度精度? 量化必定产生量化误差。理论上精度分为：量化必定产生量化误差。理论上精度分为： 绝对精度绝对精度绝对精度绝对精度对应于输出数码的实际模拟输入电压与理对应于输出数码的实际模拟输入电压与理 想模拟输入电压之差。显然，对于舍入型量化器，在想模拟输入电压之差。显然，对于舍入型量化器，在 理论上绝对精度理论上绝对精度±±0.5 LSB8第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器 相对精度相对精度绝对精度与满量程电压值之比再乘以绝对精度与满量程电压值之比再乘以 100%。%100?FSR绝对精度绝对精度相对精度相对精度? 影响精度的除了量化误差以外，还有以下几类误差：影响精度的除了量化误差以外，还有以下几类误差：A A A A）非线性误差）非线性误差）非线性误差）非线性误差B B B B）零点漂移误差）零点漂移误差）零点漂移误差）零点漂移误差C C C C）增益误差）增益误差）增益误差）增益误差? ADC实际输出与理论上的输出之差，是这些误差共同实际输出与理论上的输出之差，是这些误差共同 相加的结果。相加的结果。? 事实上，事实上，A/D转换和转换和D/A转换互为对偶关系。关于转换互为对偶关系。关于A/D 转换误差的讨论可以借用上一章的结果。转换误差的讨论可以借用上一章的结果。9第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ADC的理想转换特性的理想转换特性? 理想的理想的理想的理想的A/DA/D转换器应具有下图所示的转换特性（以舍入转换器应具有下图所示的转换特性（以舍入转换器应具有下图所示的转换特性（以舍入转换器应具有下图所示的转换特性（以舍入 型量化器为例）。型量化器为例）。型量化器为例）。型量化器为例）。0000001101101001110011111001011 LSBFSRDigital outputAnalog input357911131501004量化比较电平量化比较电平10第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器A A）非线性误差）非线性误差）非线性误差）非线性误差? A/DA/D转换器的特性随模拟输入信号幅值变化而引起的误转换器的特性随模拟输入信号幅值变化而引起的误转换器的特性随模拟输入信号幅值变化而引起的误转换器的特性随模拟输入信号幅值变化而引起的误 差称为差称为差称为差称为非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差。? 非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差无法通过补偿等措施进行消除。无法通过补偿等措施进行消除。无法通过补偿等措施进行消除。无法通过补偿等措施进行消除。1Analog input3579111315理想转换特性理想转换特性实际转换特性实际转换特性非线性误差非线性误差0000001101101001110011110Digital outputFSR11第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器B B）零点漂移误差）零点漂移误差）零点漂移误差）零点漂移误差? 该误差主要是放大器的该误差主要是放大器的该误差主要是放大器的该误差主要是放大器的偏置电压失调偏置电压失调偏置电压失调偏置电压失调引起，也称为引起，也称为引起，也称为引起，也称为失调失调失调失调 误差。误差。误差。误差。在一定温度下在一定温度下在一定温度下在一定温度下偏置失调偏置失调偏置失调偏置失调可通过补偿予以消除。可通过补偿予以消除。可通过补偿予以消除。可通过补偿予以消除。? 但温度变化时，但温度变化时，但温度变化时，但温度变化时，偏置失调偏置失调偏置失调偏置失调又将出现。因此，又将出现。因此，又将出现。因此，又将出现。因此，零点漂移误零点漂移误零点漂移误零点漂移误 差又称为温度漂移误差，差又称为温度漂移误差，差又称为温度漂移误差，差又称为温度漂移误差，简称简称简称简称温飘。温飘。温飘。温飘。理想转换特性理想转换特性实际转换特性实际转换特性1Analog input3579111315FSR000000110110100111001111Digital output0零点漂移误差零点漂移误差零点漂移误差零点漂移误差12第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器C C）增益误差）增益误差）增益误差）增益误差? 由由ADC内部的器件不稳定造成的一种内部的器件不稳定造成的一种线性误差线性误差线性误差，线性误差，使得使得 转换特性曲线的斜率转换特性曲线的斜率K K1 1。在一定温度下，可通过外。在一定温度下，可通过外 部电路调整使部电路调整使K1，从而消除，从而消除增益误差增益误差增益误差增益误差。但当温度变。但当温度变 化时，化时，增益误差增益误差增益误差增益误差又将出现。又将出现。0000001101101001110011111Digital outputAnalog input35791113150理想转换特性理想转换特性实际转换特性实际转换特性FSR13?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4. 转换速度转换速度转换速度转换速度? 速度是速度是速度是速度是ADCADC最重要的指标之一，也是制约最重要的指标之一，也是制约最重要的指标之一，也是制约最重要的指标之一，也是制约ADCADC应应应应 用范围的主要因素。评价转换速度的指标通常有用范围的主要因素。评价转换速度的指标通常有用范围的主要因素。评价转换速度的指标通常有用范围的主要因素。评价转换速度的指标通常有 两个：两个：两个：两个：A)A) 转换时间：指启动一次转换到转换结束所花费转换时间：指启动一次转换到转换结束所花费转换时间：指启动一次转换到转换结束所花费转换时间：指启动一次转换到转换结束所花费 时间，即前面已经讨论过的时间，即前面已经讨论过的时间，即前面已经讨论过的时间，即前面已经讨论过的T TCONVCONV。B)B) 单位时间内能够转换的样本数（单位时间内能够转换的样本数（单位时间内能够转换的样本数（单位时间内能够转换的样本数（spssps），或者能），或者能），或者能），或者能 够完成的转换次数，一般与够完成的转换次数，一般与够完成的转换次数，一般与够完成的转换次数，一般与T TCONVCONV互为倒数。互为倒数。互为倒数。互为倒数。? 目前高速目前高速目前高速目前高速ADCADC的转换速度已经超过的转换速度已经超过的转换速度已经超过的转换速度已经超过2.2Gsps2.2Gsps （Maxim MAX109Maxim MAX109），），），），T TCONVCONV只有只有只有只有0.4ns0.4ns左右。左右。左右。左右。? 转换速度和分辨率难以兼顾，超高速转换速度和分辨率难以兼顾，超高速转换速度和分辨率难以兼顾，超高速转换速度和分辨率难以兼顾，超高速ADCADC的分辨的分辨的分辨的分辨 率一般不超过率一般不超过率一般不超过率一般不超过8bit8bit。14第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4.2 ADC4.2 ADC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理ADCADC种类很多，原理各不相同。本节介绍以下七种种类很多，原理各不相同。本节介绍以下七种种类很多，原理各不相同。本节介绍以下七种种类很多，原理各不相同。本节介绍以下七种 主要类型主要类型主要类型主要类型ADCADC的原理、特点和技术演进路线，以便更好的原理、特点和技术演进路线，以便更好的原理、特点和技术演进路线，以便更好的原理、特点和技术演进路线，以便更好 地了解地了解地了解地了解ADCADC的发展和技术创新历程。的发展和技术创新历程。的发展和技术创新历程。的发展和技术创新历程。一一一一高速并行比较（高速并行比较（高速并行比较（高速并行比较（FlashFlash）型）型）型）型ADCADC二二二二双斜积分型双斜积分型双斜积分型双斜积分型ADCADC三三三三计数器（斜坡跟踪）型计数器（斜坡跟踪）型计数器（斜坡跟踪）型计数器（斜坡跟踪）型ADCADC四四四四逐次反馈比较型逐次反馈比较型逐次反馈比较型逐次反馈比较型五五五五- -调制型调制型调制型调制型ADCADC六六六六流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC（包括两步型）（包括两步型）（包括两步型）（包括两步型）七七七七插值结构和折叠插值型插值结构和折叠插值型插值结构和折叠插值型插值结构和折叠插值型ADCADC15第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器一、并行比较型一、并行比较型一、并行比较型一、并行比较型? ? 原理：原理：原理：原理：? 利用利用利用利用V VREFREF和电阻分压网络，构造出全量程范围内的所有和电阻分压网络，构造出全量程范围内的所有和电阻分压网络，构造出全量程范围内的所有和电阻分压网络，构造出全量程范围内的所有 量化比较电平，输入模拟信号量化比较电平，输入模拟信号量化比较电平，输入模拟信号量化比较电平，输入模拟信号uiui与各个量化比较电平同与各个量化比较电平同与各个量化比较电平同与各个量化比较电平同 时进行比较，若时进行比较，若时进行比较，若时进行比较，若uiui大于大于大于大于或或或或小于小于小于小于量化比较电平，则比较器量化比较电平，则比较器量化比较电平，则比较器量化比较电平，则比较器 输出输出输出输出1 1或或或或0 0，比较器输出经编码后形成数字信号。，比较器输出经编码后形成数字信号。，比较器输出经编码后形成数字信号。，比较器输出经编码后形成数字信号。? ? 特点：特点：特点：特点：? 直接比较、瞬时值转换和开环电路，转换速度最快，故直接比较、瞬时值转换和开环电路，转换速度最快，故直接比较、瞬时值转换和开环电路，转换速度最快，故直接比较、瞬时值转换和开环电路，转换速度最快，故 称为称为称为称为闪速型闪速型闪速型闪速型（FlashFlash）ADCADC。但其抗干扰能力差。但其抗干扰能力差。但其抗干扰能力差。但其抗干扰能力差。? 虽然看上去电路简单直观，但是虽然看上去电路简单直观，但是虽然看上去电路简单直观，但是虽然看上去电路简单直观，但是n bitn bit分辨率的分辨率的分辨率的分辨率的ADCADC一般一般一般一般 需要需要需要需要2 2n n1 1个比较器。由于比较器是模拟器件，提高分个比较器。由于比较器是模拟器件，提高分个比较器。由于比较器是模拟器件，提高分个比较器。由于比较器是模拟器件，提高分 辨率受到器件制造工艺的限制。辨率受到器件制造工艺的限制。辨率受到器件制造工艺的限制。辨率受到器件制造工艺的限制。10bit10bit的闪速的闪速的闪速的闪速ADCADC少少少少 见，而见，而见，而见，而12bit12bit以上还没商用产品。以上还没商用产品。以上还没商用产品。以上还没商用产品。16第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器+C6+C7+C5+C4+C3+C2+C11D C11D C11D C11D C11D C11D C11D C1&&&&&&VREFuid2d1d0Q4Q4Q7Q6Q5Q3Q2Q2Q1R/2R/2RRRRRRCP比较器寄存器编码器FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF13 3 3 3比特并行比比特并行比比特并行比比特并行比较较较较ADCADCADCADC原理图原理图原理图原理图1/14 V1/14 VREFREF3/14 V3/14 VREFREF5/14 V5/14 VREFREF7/14 V7/14 VREFREF9/14 V9/14 VREFREF11/14 V11/14 VREFREFD触发器D触发器编码器编码器比较器比较器CP 13/14 V13/14 VREFREFV VREFREFui电阻网络将电阻网络将电阻网络将电阻网络将V VREFREF分压形成分压形成分压形成分压形成 1/14 V1/14 VREFREF 、3/14 V3/14 VREFREF 、5/14 5/14 V VREFREF、 13/14 V13/14 VREFREF。若若若若: 0: 0uiui1/14 V1/14 VREFREF，比较，比较，比较，比较 器输出全为器输出全为器输出全为器输出全为0 0，CPCP到来后，到来后，到来后，到来后， 7 7个触发器都置个触发器都置个触发器都置个触发器都置0 0。经编码器。经编码器。经编码器。经编码器 编码后输出的二进制代码编码后输出的二进制代码编码后输出的二进制代码编码后输出的二进制代码 d d2 2 d d1 1 d d0 0000000。当当当当: 1/14 : 1/14 V VREFREFuiui3/14 V3/14 VREFREF 时，时，时，时，比较器中只有比较器中只有比较器中只有比较器中只有C C1 1输出为输出为输出为输出为 1 1，CPCP到来后只有触发器到来后只有触发器到来后只有触发器到来后只有触发器 FFFF1 1 置置置置1 1，其余触发器仍为，其余触发器仍为，其余触发器仍为，其余触发器仍为 0 0。经编码器输出二进制代。经编码器输出二进制代。经编码器输出二进制代。经编码器输出二进制代 码码码码d d2 2 d d1 1 d d0 0 =001=001。17第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器当当当当: : 3/14 3/14 V VREFREFuiui5/14 V5/14 VREFREF 时，比较器时，比较器时，比较器时，比较器C C1 1、C C2 2输出为输出为输出为输出为 1 1，CPCP到来后，触发器到来后，触发器到来后，触发器到来后，触发器FFFF1 1 和和和和FFFF2 2置置置置1 1，编码器输出二，编码器输出二，编码器输出二，编码器输出二 进制码进制码进制码进制码d d2 2 d d1 1 d d0 0010010。当当当当: : 5/14 5/14 V VREFREFu ui i7/14 V7/14 VREFREF 时，比较器时，比较器时，比较器时，比较器C C1 1、C C2 2和和和和C C3 3输输输输 出为出为出为出为1 1，CPCP到来后，触发器到来后，触发器到来后，触发器到来后，触发器 FFFF1 1、FFFF2 2和和和和FFFF3 3置置置置1 1，编码，编码，编码，编码 器输出为器输出为器输出为器输出为d d2 2 d d1 1 d d0 0011011。依次类推，可以列出依次类推，可以列出依次类推，可以列出依次类推，可以列出uiui为不为不为不为不 同等级时，同等级时，同等级时，同等级时，D D触发器的状态触发器的状态触发器的状态触发器的状态 以 及 相 应 的 输 出 二 进 制以 及 相 应 的 输 出 二 进 制以 及 相 应 的 输 出 二 进 制以 及 相 应 的 输 出 二 进 制 数。数。数。数。+C6+C7+C5+C4+C3+C2+C11D C11D C11D C11D C11D C11D C11D C1&&&&&&VREFuid2d1d0Q4Q4Q7Q6Q5Q3Q2Q2Q1R/2R/2RRRRRRCP比较器寄存器编码器FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF11/14 V1/14 VREFREF3/14 V3/14 VREFREF5/14 V5/14 VREFREF7/14 V7/14 VREFREF9/14 V9/14 VREFREF11/14 V11/14 VREFREFD触发器D触发器编码器编码器ui比较器比较器CP 13/14 V13/14 VREFREFV VREFREF3 3 3 3比特并行比比特并行比比特并行比比特并行比较较较较ADCADCADCADC原理图原理图原理图原理图18第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器关于闪速关于闪速关于闪速关于闪速ADCADC的进一步讨论：的进一步讨论：的进一步讨论：的进一步讨论： 影响闪速影响闪速影响闪速影响闪速ADCADC的转换速度有哪些因素？的转换速度有哪些因素？的转换速度有哪些因素？的转换速度有哪些因素？比较器的翻转速度（带宽）、比较器的翻转速度（带宽）、比较器的翻转速度（带宽）、比较器的翻转速度（带宽）、D D触发器和编码器的时延触发器和编码器的时延触发器和编码器的时延触发器和编码器的时延 如果两个相邻的比较器之间的电压不是常数，结果会是如果两个相邻的比较器之间的电压不是常数，结果会是如果两个相邻的比较器之间的电压不是常数，结果会是如果两个相邻的比较器之间的电压不是常数，结果会是 怎样？怎样？怎样？怎样？ n bitn bit分辨率需要分辨率需要分辨率需要分辨率需要2 2n n- -1 1个比较器，众多的模拟比较器对器个比较器，众多的模拟比较器对器个比较器，众多的模拟比较器对器个比较器，众多的模拟比较器对器 件的制造技术和工艺带来了严峻的挑战。件的制造技术和工艺带来了严峻的挑战。件的制造技术和工艺带来了严峻的挑战。件的制造技术和工艺带来了严峻的挑战。 踢回噪声（踢回噪声（踢回噪声（踢回噪声（Kickback NoiseKickback Noise输出通过内部寄生电容耦输出通过内部寄生电容耦输出通过内部寄生电容耦输出通过内部寄生电容耦 合到输入端的噪声）与比较器数量的平方成正比。合到输入端的噪声）与比较器数量的平方成正比。合到输入端的噪声）与比较器数量的平方成正比。合到输入端的噪声）与比较器数量的平方成正比。 怎样才能提高闪速型怎样才能提高闪速型怎样才能提高闪速型怎样才能提高闪速型ADCADCADCADC的分辨率，同时减少比较器的的分辨率，同时减少比较器的的分辨率，同时减少比较器的的分辨率，同时减少比较器的 数量？数量？数量？数量？ 本节稍后讨论本节稍后讨论本节稍后讨论本节稍后讨论19?cha?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器二、双斜（率）积分型二、双斜（率）积分型二、双斜（率）积分型二、双斜（率）积分型? ? 基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：先对输入模拟电压进行积分，再对与之反相先对输入模拟电压进行积分，再对与之反相先对输入模拟电压进行积分，再对与之反相先对输入模拟电压进行积分，再对与之反相 的参考电压进行积分。的参考电压进行积分。的参考电压进行积分。的参考电压进行积分。将电压先转换成与之成正比的时将电压先转换成与之成正比的时将电压先转换成与之成正比的时将电压先转换成与之成正比的时 间隔，再用计数器测量时间间隔，间接得到转换结果。间隔，再用计数器测量时间间隔，间接得到转换结果。间隔，再用计数器测量时间间隔，间接得到转换结果。间隔，再用计数器测量时间间隔，间接得到转换结果。 两次积分斜率不同，所以称为双斜积分型两次积分斜率不同，所以称为双斜积分型两次积分斜率不同，所以称为双斜积分型两次积分斜率不同，所以称为双斜积分型逻辑控制门定时器n位二进制计数器&输入模拟电压基准电压积分器比较器时钟输入控制门Gn位二进制数字输出uiVREFS1S2RCCPCO=1(uo0)=0(uo>0)uodn-1 dn-2 d0+TCCO=双斜积分型双斜积分型双斜积分型双斜积分型ADCADC原理电路原理电路原理电路原理电路20T0?S2?T1?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器转换过程以及电路中各部分的作用：转换过程以及电路中各部分的作用：转换过程以及电路中各部分的作用：转换过程以及电路中各部分的作用：? 转换过程分为转换过程分为转换过程分为转换过程分为T T0 0、T T1 1和和和和T T2 2三相（三相（三相（三相（phasephase）? T T0 0相：开关相：开关相：开关相：开关S S2 2闭合，对积分电容闭合，对积分电容闭合，对积分电容闭合，对积分电容C C进行清洗；同时计数进行清洗；同时计数进行清洗；同时计数进行清洗；同时计数 器复位，器复位，器复位，器复位，ADCADC输出上一次的转换结果。输出上一次的转换结果。输出上一次的转换结果。输出上一次的转换结果。? T T1 1相：开关相：开关相：开关相：开关S S2 2断开，断开，断开，断开，S S1 1接接接接u ui i，积分器对，积分器对，积分器对，积分器对u ui i积分，积分时积分，积分时积分，积分时积分，积分时 长固定为长固定为长固定为长固定为T TA A；? T T2 2相：开关相：开关相：开关相：开关S S1 1接接接接V VREFREF，积分器对，积分器对，积分器对，积分器对V VREFREF反相积分；计数器反相积分；计数器反相积分；计数器反相积分；计数器 开始计数，当积分器的输出过零点时，比较器输出改开始计数，当积分器的输出过零点时，比较器输出改开始计数，当积分器的输出过零点时，比较器输出改开始计数，当积分器的输出过零点时，比较器输出改 变，计数器停止计数。此时计数器中的计数值变，计数器停止计数。此时计数器中的计数值变，计数器停止计数。此时计数器中的计数值变，计数器停止计数。此时计数器中的计数值N N就是在就是在就是在就是在 T T1 1相期间输入相期间输入相期间输入相期间输入u ui i的平均值的平均值的平均值的平均值u ui i对应的转换结果。对应的转换结果。对应的转换结果。对应的转换结果。21第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器比较器输出比较器输出TATB计数器计数计数器计数T TB B =N=N××××T TCLKCLKN N为转换结果为转换结果为转换结果为转换结果T TA A =M=M××××T TCLKCLK，MM为常数为常数为常数为常数tt0T0T1T2积分器输入积分器输入uiVREFt0t0t1t2积分器输出积分器输出对对对对u u u ui i i i积积分分积积分分对对V VR RE EF F积积分分斜斜率率为为常常数数积积分分时时间间为为常常数数t0t0t1t222?N?20ms?10?VREF?10?10?1?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器证明：证明：证明：证明：在在在在T1T1相，积分器对相，积分器对相，积分器对相，积分器对u ui i积分，积分器输出积分，积分器输出积分，积分器输出积分，积分器输出u uo1o1为：为：为：为：记记记记u ui i在在在在T1T1期间的平均值为期间的平均值为期间的平均值为期间的平均值为u ui i ，并注意到，并注意到，并注意到，并注意到t t1 1t t0 0T TA A到到到到T1T1相结束时（在相结束时（在相结束时（在相结束时（在t t1 1时刻），积分结果为：时刻），积分结果为：时刻），积分结果为：时刻），积分结果为：在在在在T2T2相，积分器对相，积分器对相，积分器对相，积分器对- -V VREFREF积分，积分器输出积分，积分器输出积分，积分器输出积分，积分器输出u uo2o2 为：为：为：为：到到到到t t2 2时刻积分器输出回到时刻积分器输出回到时刻积分器输出回到时刻积分器输出回到0 0，有：，有：，有：，有： u uo1o1u uo2o20 0，即：，即：，即：，即：REFBREFoVRCTdtttVRCtu?)(1)(212（3）dtttuRCtuio?1011)(（1）（2）iAouRCTtu?)(11（4）REFBiAVRCTuRCT?23第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器由（由（由（由（4 4）式可得：）式可得：）式可得：）式可得：其中，其中，其中，其中，N N为计数器在为计数器在为计数器在为计数器在T2T2相的计数值。相的计数值。相的计数值。相的计数值。若记：若记：若记：若记：T TA AMM××××T TCLKCLK，（，（，（，（5 5）式可以改写为：）式可以改写为：）式可以改写为：）式可以改写为：因因因因V VREFREF、 T T1 1和和和和MM均为已知常数，均为已知常数，均为已知常数，均为已知常数，N N与与与与u ui i成正比，证毕。成正比，证毕。成正比，证毕。成正比，证毕。? ? 几点讨论：几点讨论：几点讨论：几点讨论： 双斜积分型双斜积分型双斜积分型双斜积分型ADCADCADCADC先将输入信号幅度转换成时间（先将输入信号幅度转换成时间（先将输入信号幅度转换成时间（先将输入信号幅度转换成时间（V/TV/TV/TV/T变变变变 换），然后再对时间进行测量，属于间接转换型换），然后再对时间进行测量，属于间接转换型换），然后再对时间进行测量，属于间接转换型换），然后再对时间进行测量，属于间接转换型 转换结果是转换结果是转换结果是转换结果是u u u ui i i i 在在在在T T T T1 1 1 1 期间的期间的期间的期间的平均值平均值平均值平均值。（5）)(CLKAREFBAREFiTNTVTTVu?NMVTNTMVuREFCLKCLKREFi?)(（6）24第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器 在证明过程中，从数学上，积分器的在证明过程中，从数学上，积分器的在证明过程中，从数学上，积分器的在证明过程中，从数学上，积分器的R R R R和和和和C C C C从（从（从（从（4 4 4 4）式的）式的）式的）式的 等号两边被消去；其物理意义是什么？等号两边被消去；其物理意义是什么？等号两边被消去；其物理意义是什么？等号两边被消去；其物理意义是什么？R R和和和和C C的精度对转换结果没有影响。进一步地，即使是的精度对转换结果没有影响。进一步地，即使是的精度对转换结果没有影响。进一步地，即使是的精度对转换结果没有影响。进一步地，即使是 R R和和和和C C不稳定，但是只要不稳定，但是只要不稳定，但是只要不稳定，但是只要R R和和和和C C在在在在T T1 1相和相和相和相和T T2 2相保持不变，相保持不变，相保持不变，相保持不变， 对结果也没有影响。这表明双斜积分型对结果也没有影响。这表明双斜积分型对结果也没有影响。这表明双斜积分型对结果也没有影响。这表明双斜积分型ADCADC对对对对R R和和和和C C的的的的 长时稳定性没有要求。长时稳定性没有要求。长时稳定性没有要求。长时稳定性没有要求。但是，积分电容但是，积分电容但是，积分电容但是，积分电容C C的介质（吸收）损耗或漏电对转换精的介质（吸收）损耗或漏电对转换精的介质（吸收）损耗或漏电对转换精的介质（吸收）损耗或漏电对转换精 度有影响。因此积分电容应该选用低介质损耗的聚酯度有影响。因此积分电容应该选用低介质损耗的聚酯度有影响。因此积分电容应该选用低介质损耗的聚酯度有影响。因此积分电容应该选用低介质损耗的聚酯 电容（参见参考教材第五章表电容（参见参考教材第五章表电容（参见参考教材第五章表电容（参见参考教材第五章表5.15.1）。）。）。）。在数值上，在数值上，在数值上，在数值上，R R和和和和C C（时常数（时常数（时常数（时常数）的选取应该保证在的选取应该保证在的选取应该保证在的选取应该保证在T T1 1期期期期 间内，模拟输入信号间内，模拟输入信号间内，模拟输入信号间内，模拟输入信号u ui i为最大量程（为最大量程（为最大量程（为最大量程（V VFSRFSR）时，积分器）时，积分器）时，积分器）时，积分器 的输出不会出现饱和。另外，的输出不会出现饱和。另外，的输出不会出现饱和。另外，的输出不会出现饱和。另外，也能太大，否则积分也能太大，否则积分也能太大，否则积分也能太大，否则积分 的灵敏度太低，导致的灵敏度太低，导致的灵敏度太低，导致的灵敏度太低，导致ADCADC的分辨率和精度降低。的分辨率和精度降低。的分辨率和精度降低。的分辨率和精度降低。25第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器 在证明过程中还看到，在证明过程中还看到，在证明过程中还看到，在证明过程中还看到，T T T TCLKCLKCLKCLK 从（从（从（从（6 6 6 6）式的分子和分母同时）式的分子和分母同时）式的分子和分母同时）式的分子和分母同时 被消去，被消去，被消去，被消去，T T T TCLKCLKCLKCLK 是否对转换结果没有影响？是否对转换结果没有影响？是否对转换结果没有影响？是否对转换结果没有影响？事实上，事实上，事实上，事实上，T TCLKCLK的精度（准确度）对转换结果不产生影的精度（准确度）对转换结果不产生影的精度（准确度）对转换结果不产生影的精度（准确度）对转换结果不产生影 响，但是对响，但是对响，但是对响，但是对T TCLKCLK的短时稳定性有要求，也就是在的短时稳定性有要求，也就是在的短时稳定性有要求，也就是在的短时稳定性有要求，也就是在T T1 1相和相和相和相和 T T2 2相期间，相期间，相期间，相期间， T TCLKCLK应该保持一致。应该保持一致。应该保持一致。应该保持一致。但对于分辨率来说，双斜积分型但对于分辨率来说，双斜积分型但对于分辨率来说，双斜积分型但对于分辨率来说，双斜积分型ADCADC中的时钟周期中的时钟周期中的时钟周期中的时钟周期T TCLKCLK 越短，对时间的测量更加准确，使得越短，对时间的测量更加准确，使得越短，对时间的测量更加准确，使得越短，对时间的测量更加准确，使得ADCADC的分辨率越高的分辨率越高的分辨率越高的分辨率越高 （当然与计数器的位数也有关系）。（当然与计数器的位数也有关系）。（当然与计数器的位数也有关系）。（当然与计数器的位数也有关系）。 从双斜积分型从双斜积分型从双斜积分型从双斜积分型ADCADCADCADC的原理图中可以看出，电路中的模拟的原理图中可以看出，电路中的模拟的原理图中可以看出，电路中的模拟的原理图中可以看出，电路中的模拟 部分和数字部分之间的相互耦合程度低，两者易于分开部分和数字部分之间的相互耦合程度低，两者易于分开部分和数字部分之间的相互耦合程度低，两者易于分开部分和数字部分之间的相互耦合程度低，两者易于分开 设计和制造，其结果是有利于减少数字噪声对模拟部分设计和制造，其结果是有利于减少数字噪声对模拟部分设计和制造，其结果是有利于减少数字噪声对模拟部分设计和制造，其结果是有利于减少数字噪声对模拟部分 的影响。的影响。的影响。的影响。26第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器 平均值转换型平均值转换型平均值转换型平均值转换型ADCADC有抗干扰能力强的优点。这是因有抗干扰能力强的优点。这是因有抗干扰能力强的优点。这是因有抗干扰能力强的优点。这是因 为取平均的过程类似于低通滤波，或等同于平滑处为取平均的过程类似于低通滤波，或等同于平滑处为取平均的过程类似于低通滤波，或等同于平滑处为取平均的过程类似于低通滤波，或等同于平滑处 理。如果输入信号伴随着有正有负的干扰，如果干扰理。如果输入信号伴随着有正有负的干扰，如果干扰理。如果输入信号伴随着有正有负的干扰，如果干扰理。如果输入信号伴随着有正有负的干扰，如果干扰 信号的正负能量相同，取平均将消除这类干扰的影信号的正负能量相同，取平均将消除这类干扰的影信号的正负能量相同，取平均将消除这类干扰的影信号的正负能量相同，取平均将消除这类干扰的影 响。即使是正负能量不同的脉冲型干扰，取平均后，响。即使是正负能量不同的脉冲型干扰，取平均后，响。即使是正负能量不同的脉冲型干扰，取平均后，响。即使是正负能量不同的脉冲型干扰，取平均后， 干扰的影响也显著减小。干扰的影响也显著减小。干扰的影响也显著减小。干扰的影响也显著减小。在数据采集和电子测量中，最大的干扰来自几乎无处在数据采集和电子测量中，最大的干扰来自几乎无处在数据采集和电子测量中，最大的干扰来自几乎无处在数据采集和电子测量中，最大的干扰来自几乎无处 不在的不在的不在的不在的5050或或或或60Hz60Hz的工频干扰（又称电力线干扰）。的工频干扰（又称电力线干扰）。的工频干扰（又称电力线干扰）。的工频干扰（又称电力线干扰）。如果将双斜积分如果将双斜积分如果将双斜积分如果将双斜积分ADCADC的周期的周期的周期的周期T TA A取为取为取为取为20ms20ms工频干扰周工频干扰周工频干扰周工频干扰周 期的整数倍，例如：期的整数倍，例如：期的整数倍，例如：期的整数倍，例如：20ms20ms、40ms40ms 情况会怎样？情况会怎样？情况会怎样？情况会怎样？uiuiuiui干扰干扰干扰干扰TATA正负能量相同的干扰正负能量相同的干扰脉冲型干扰脉冲型干扰27?第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器在在在在T T1 1相，积分器对伴随着工频干扰的输入信号进行积分，相，积分器对伴随着工频干扰的输入信号进行积分，相，积分器对伴随着工频干扰的输入信号进行积分，相，积分器对伴随着工频干扰的输入信号进行积分， 积分周期为工频干扰周期的整数倍，对于正弦函数型的工积分周期为工频干扰周期的整数倍，对于正弦函数型的工积分周期为工频干扰周期的整数倍，对于正弦函数型的工积分周期为工频干扰周期的整数倍，对于正弦函数型的工 频干扰，其积分结果为频干扰，其积分结果为频干扰，其积分结果为频干扰，其积分结果为0 0，其对转换结果没有任何影响。，其对转换结果没有任何影响。，其对转换结果没有任何影响。，其对转换结果没有任何影响。正是由于上述特点，双斜积分型正是由于上述特点，双斜积分型正是由于上述特点，双斜积分型正是由于上述特点，双斜积分型ADCADC具有较高的抗干扰性具有较高的抗干扰性具有较高的抗干扰性具有较高的抗干扰性 能，尤其是具有极高的抗工频干扰能力。能，尤其是具有极高的抗工频干扰能力。能，尤其是具有极高的抗工频干扰能力。能，尤其是具有极高的抗工频干扰能力。但是但是但是但是T TA A为为为为20ms20ms是整数倍，再加上是整数倍，再加上是整数倍，再加上是整数倍，再加上T T0 0相和相和相和相和T T2 2相所需的时相所需的时相所需的时相所需的时 间，所以这种类型的间，所以这种类型的间，所以这种类型的间，所以这种类型的ADCADC的转换速度较慢，每秒钟能够完的转换速度较慢，每秒钟能够完的转换速度较慢，每秒钟能够完的转换速度较慢，每秒钟能够完 成的转换次数在成的转换次数在成的转换次数在成的转换次数在2020次以下。次以下。次以下。次以下。思考思考思考思考1 1：怎样提高双斜积分：怎样提高双斜积分：怎样提高双斜积分：怎样提高双斜积分ADCADC的转换速度？的转换速度？的转换速度？的转换速度？由于由于由于由于T TA A应为工频干扰的整数倍，在我国和欧洲，应为工频干扰的整数倍，在我国和欧洲，应为工频干扰的整数倍，在我国和欧洲，应为工频干扰的整数倍，在我国和欧洲， T T1 1至少至少至少至少 20ms20ms。为了缩短转换时间，只能设法减少。为了缩短转换时间，只能设法减少。为了缩短转换时间，只能设法减少。为了缩短转换时间，只能设法减少T T2 2 相的时间，相的时间，相的时间，相的时间， 从而产生所谓从而产生所谓从而产生所谓从而产生所谓“ “三斜率积分三斜率积分三斜率积分三斜率积分” ”（或串级积分）（或串级积分）（或串级积分）（或串级积分）ADCADC。28第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器思考思考思考思考2 2：影响双斜积分：影响双斜积分：影响双斜积分：影响双斜积分ADCADC精度因素有哪些？精度因素有哪些？精度因素有哪些？精度因素有哪些？? 比较器的翻转速度比较器的翻转速度比较器的翻转速度比较器的翻转速度；解决方法：利用正反馈电路加速比较器的翻转。解决方法：利用正反馈电路加速比较器的翻转。解决方法：利用正反馈电路加速比较器的翻转。解决方法：利用正反馈电路加速比较器的翻转。? 运放的零点漂移；运放的零点漂移；运放的零点漂移；运放的零点漂移；在在在在T T T T0 0 0 0 相，利用相，利用相，利用相，利用AZAZAZAZ技术对运放的零点漂移误差进行测量，技术对运放的零点漂移误差进行测量，技术对运放的零点漂移误差进行测量，技术对运放的零点漂移误差进行测量， 过负反馈技术对运放的偏置电压进行补偿，并使用电容过负反馈技术对运放的偏置电压进行补偿，并使用电容过负反馈技术对运放的偏置电压进行补偿，并使用电容过负反馈技术对运放的偏置电压进行补偿，并使用电容 存储补偿所需的偏置电压调整值，减少运放在存储补偿所需的偏置电压调整值，减少运放在存储补偿所需的偏置电压调整值，减少运放在存储补偿所需的偏置电压调整值，减少运放在T T T T1 1 1 1 和和和和T T T T2 2 2 2 相的相的相的相的 漂移，以提高转换精度。漂移，以提高转换精度。漂移，以提高转换精度。漂移，以提高转换精度。T T T T0 0 0 0 相也称为平衡期。相也称为平衡期。相也称为平衡期。相也称为平衡期。对对对对V VREFREF积分，以积分，以积分，以积分，以1 1为单位计数为单位计数为单位计数为单位计数T1T2对对对对10V10VREFREF积分，计数积分，计数积分，计数积分，计数器以器以器以器以1010为单位计数为单位计数为单位计数为单位计数三斜率积分三斜率积分三斜率积分三斜率积分原理示意图原理示意图原理示意图原理示意图029第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器三、计数器（斜坡跟踪）型三、计数器（斜坡跟踪）型三、计数器（斜坡跟踪）型三、计数器（斜坡跟踪）型ADCADCCLKResetu ui in bitDACn bit计数器计数器A/D转换结果转换结果STOP控制信号控制信号 发生器发生器比较器比较器STOP比较器输出比较器输出输入模拟信号输入模拟信号u ui iDAC输输出出t0基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：计数器计数器计数器计数器ResetReset后开始计数，计数器输出经后开始计数，计数器输出经后开始计数，计数器输出经后开始计数，计数器输出经DACDAC后后后后 与与与与u ui i进行比较，若进行比较，若进行比较，若进行比较，若DACDAC输出大于输出大于输出大于输出大于u ui i，则停止计数，此时计，则停止计数，此时计，则停止计数，此时计，则停止计数，此时计 数器中的计数值就是数器中的计数值就是数器中的计数值就是数器中的计数值就是A/DA/D转换结果。转换结果。转换结果。转换结果。30第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器特点讨论：特点讨论：特点讨论：特点讨论： 是直接转换还是间接转换？是直接转换还是间接转换？是直接转换还是间接转换？是直接转换还是间接转换？ 是瞬时值比较还是平均值比较？是瞬时值比较还是平均值比较？是瞬时值比较还是平均值比较？是瞬时值比较还是平均值比较？ 反馈比较信号由反馈比较信号由反馈比较信号由反馈比较信号由DACDAC提供，精度与提供，精度与提供，精度与提供，精度与DACDAC的精度有关。的精度有关。的精度有关。的精度有关。 转换速度慢，并且与转换速度慢，并且与转换速度慢，并且与转换速度慢，并且与u ui i的大小有关。的大小有关。的大小有关。的大小有关。 u ui i大，大，大，大，DACDAC输出输出输出输出 “ “爬坡爬坡爬坡爬坡” ”的距离大，转换时间长。的距离大，转换时间长。的距离大，转换时间长。的距离大，转换时间长。? ? 由于精度不高、速度慢、抗干扰能力差，这种简单的计数由于精度不高、速度慢、抗干扰能力差，这种简单的计数由于精度不高、速度慢、抗干扰能力差，这种简单的计数由于精度不高、速度慢、抗干扰能力差，这种简单的计数 器型器型器型器型ADCADC几乎没有什么用途。几乎没有什么用途。几乎没有什么用途。几乎没有什么用途。? ? 对以上原理电路稍加改造，对以上原理电路稍加改造，对以上原理电路稍加改造，对以上原理电路稍加改造，将计数器的将计数器的“ “STOPSTOP” ”控制端替换为控制端替换为 “ “+1/+1/- -1 1” ”控制控制，也就是当，也就是当，也就是当，也就是当DACDAC输出小于输出小于输出小于输出小于u ui i时，计数器按照时，计数器按照时，计数器按照时，计数器按照 “ “+1+1” ”计数；当输出大于计数；当输出大于计数；当输出大于计数；当输出大于u ui i时，计数器做时，计数器做时，计数器做时，计数器做“ “- -1 1” ”计数；再来看计数；再来看计数；再来看计数；再来看 改动后该类型的改动后该类型的改动后该类型的改动后该类型的ADCADC具有什么样的特性。具有什么样的特性。具有什么样的特性。具有什么样的特性。抗干扰能力差抗干扰能力差31第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器CLKResetu ui in bitDACn bit计数器计数器A/D转换结果转换结果“+1/-1”控制信号控制信号 发生器发生器比较器比较器t0可以可以可以可以随时随时随时随时从计数器中读出转从计数器中读出转从计数器中读出转从计数器中读出转 换结果。这种换结果。这种换结果。这种换结果。这种ADCADC称为称为称为称为“ “随随随随 动跟踪型动跟踪型动跟踪型动跟踪型” ”ADCADC，广泛用于，广泛用于，广泛用于，广泛用于 随动（伺服）控制系统中。随动（伺服）控制系统中。随动（伺服）控制系统中。随动（伺服）控制系统中。（请对比通信系统中的（请对比通信系统中的（请对比通信系统中的（请对比通信系统中的MM调调调调 制）制）制）制）计数器开始计数后，一旦计数器开始计数后，一旦计数器开始计数后，一旦计数器开始计数后，一旦DACDAC输出输出输出输出“ “跟踪上跟踪上跟踪上跟踪上” ”u ui i ，计数器将根，计数器将根，计数器将根，计数器将根 据据据据u ui i的变化做的变化做的变化做的变化做+1+1或或或或- -1 1计数，计数，计数，计数，DACDAC的输出始终跟随的输出始终跟随的输出始终跟随的输出始终跟随u ui i 。此后，此后，此后，此后，输入模拟信号输入模拟信号u ui iDAC输出输出V VTcTcV V小小小小?精度高；精度高；精度高；精度高；TcTc小小小小?跟踪快。但应有：跟踪快。但应有：跟踪快。但应有：跟踪快。但应有：dt(t)du TcVi?思考：思考：思考：思考：V V和和和和TcTc应如何选取应如何选取应如何选取应如何选取？否则，信号变化快时将产生否则，信号变化快时将产生否则，信号变化快时将产生否则，信号变化快时将产生“ “斜率过载斜率过载斜率过载斜率过载” ”失真。失真。失真。失真。32第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型四、逐次反馈比较型ADCADC? 再对计数器型再对计数器型再对计数器型再对计数器型ADCADC的转换速度慢的原因进行分析的转换速度慢的原因进行分析的转换速度慢的原因进行分析的转换速度慢的原因进行分析? 每次转换，计数器都是从每次转换，计数器都是从每次转换，计数器都是从每次转换，计数器都是从0 0开始以开始以开始以开始以1 1为单位进行计数，为单位进行计数，为单位进行计数，为单位进行计数， “ “逐级爬坡逐级爬坡逐级爬坡逐级爬坡” ”顺序搜索，顺序搜索，顺序搜索，顺序搜索，“ “慢慢慢慢” ”是必然的。是必然的。是必然的。是必然的。怎样优化？怎样优化？怎样优化？怎样优化？? 若计数器的初值是可以预置的，或用可以逐次赋值的若计数器的初值是可以预置的，或用可以逐次赋值的若计数器的初值是可以预置的，或用可以逐次赋值的若计数器的初值是可以预置的，或用可以逐次赋值的 寄存器代替计数器，寄存器代替计数器，寄存器代替计数器，寄存器代替计数器，最佳最佳最佳最佳“ “搜索搜索搜索搜索” ”方式是什么？方式是什么？方式是什么？方式是什么？? 对分法对分法对分法对分法先将模拟样本与先将模拟样本与先将模拟样本与先将模拟样本与1/2 V1/2 VFSRFSR进行比较；根据进行比较；根据进行比较；根据进行比较；根据 比较结果，再将模拟样本与比较结果，再将模拟样本与比较结果，再将模拟样本与比较结果，再将模拟样本与1/2 V1/2 VFSRFSR±±±±1/41/4 V VFSRFSR相比；相比；相比；相比； 再根据比较结果，再与再根据比较结果，再与再根据比较结果，再与再根据比较结果，再与1/2 V1/2 VFSRFSR±±±±1/41/4 V VFSR FSR ±±±±1/81/8 V VFSRFSR 相比；相比；相比；相比； . .? 这就是逐次反馈比较型这就是逐次反馈比较型这就是逐次反馈比较型这就是逐次反馈比较型ADCADC的思想！上述过程也可以的思想！上述过程也可以的思想！上述过程也可以的思想！上述过程也可以 用用用用“ “天平天平天平天平+ +砝码砝码砝码砝码” ”在最短时间内称重物的过程说明。在最短时间内称重物的过程说明。在最短时间内称重物的过程说明。在最短时间内称重物的过程说明。33第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器问题问题问题问题：假设一物体的质量在假设一物体的质量在假设一物体的质量在假设一物体的质量在0255g0255g之之之之 间，现有一架天平和间，现有一架天平和间，现有一架天平和间，现有一架天平和8 8个质量分别个质量分别个质量分别个质量分别1g1g、 2g2g、4g4g、8g8g、16g16g、 128g128g的砝码，怎的砝码，怎的砝码，怎的砝码，怎 样才能最快速地称出物体的质量？样才能最快速地称出物体的质量？样才能最快速地称出物体的质量？样才能最快速地称出物体的质量？步骤和方法步骤和方法步骤和方法步骤和方法：先放上先放上先放上先放上128g128g的砝码，根据结果决定的砝码，根据结果决定的砝码，根据结果决定的砝码，根据结果决定128g128g砝码的去除或留下；砝码的去除或留下；砝码的去除或留下；砝码的去除或留下；再放上再放上再放上再放上64g64g的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定64g64g砝码的砝码的砝码的砝码的“ “去留去留去留去留” ”； 最后放上最后放上最后放上最后放上1g1g的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定的砝码，再根据结果决定1g1g砝码的砝码的砝码的砝码的“ “去留去留去留去留” ”。通过通过通过通过8 8次比较就可以称出物体的质量。次比较就可以称出物体的质量。次比较就可以称出物体的质量。次比较就可以称出物体的质量。若用若用若用若用didi = = 0 0或或或或1 1表示第表示第表示第表示第i i个砝码的去或留，物体的质量个砝码的去或留，物体的质量个砝码的去或留，物体的质量个砝码的去或留，物体的质量ww为：为：为：为：W= ( d7·27+d6·26+d5·25+d4·24+d3·23+d2·22+d1·21+d0 )g其中其中其中其中d di i = = 1 1或或或或0 034第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器在下图所示逐次反馈比较型在下图所示逐次反馈比较型在下图所示逐次反馈比较型在下图所示逐次反馈比较型ADCADC中，用逐次逼近寄存器中，用逐次逼近寄存器中，用逐次逼近寄存器中，用逐次逼近寄存器SARSAR 取代计数器，其输出经取代计数器，其输出经取代计数器，其输出经取代计数器，其输出经D/AD/A转换后与转换后与转换后与转换后与V VININ相比较，相比较，相比较，相比较，SARSAR顺序置顺序置顺序置顺序置 为为为为10001000 00B00B、d dn n- -1 1 100100 00B00B、d dn n- -1 1d dn n- -2 2 1010 00B00B、直到最后、直到最后、直到最后、直到最后 生成生成生成生成d dn n- -1 1 d dn n- -2 2 .d.d1 1 d d0 0。其中。其中。其中。其中d di i 根据比较结果而定，若：根据比较结果而定，若：根据比较结果而定，若：根据比较结果而定，若： V VDACDAC > >V VININ， d di i =0=0；否则为；否则为；否则为；否则为d di i =1=1。逐次反馈型逐次反馈型逐次反馈型逐次反馈型ADCADCADCADC结构结构结构结构4bitADC4bitADC4bitADC4bitADC的转换过程的转换过程的转换过程的转换过程采样保持器采样保持器采样保持器采样保持器SARSAR寄存器寄存器寄存器寄存器35第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器特点讨论：特点讨论：特点讨论：特点讨论：? ? 逐次反馈比较型逐次反馈比较型逐次反馈比较型逐次反馈比较型ADCADCADCADC（以下简称（以下简称（以下简称（以下简称SARSARSARSAR型型型型ADCADCADCADC）属于直接比较、）属于直接比较、）属于直接比较、）属于直接比较、 瞬时值转换和闭环反馈型。瞬时值转换和闭环反馈型。瞬时值转换和闭环反馈型。瞬时值转换和闭环反馈型。? ? 高速高速高速高速SARSARSARSAR型型型型ADCADCADCADC的转换速率已超过的转换速率已超过的转换速率已超过的转换速率已超过5Msps5Msps5Msps5Msps，分辨率为，分辨率为，分辨率为，分辨率为8 8 8 8位至位至位至位至18181818 位，较好地兼顾了速度和分辨率。在对速度和分辨率均有位，较好地兼顾了速度和分辨率。在对速度和分辨率均有位，较好地兼顾了速度和分辨率。在对速度和分辨率均有位，较好地兼顾了速度和分辨率。在对速度和分辨率均有 要求的应用场合，目前仍然选择要求的应用场合，目前仍然选择要求的应用场合，目前仍然选择要求的应用场合，目前仍然选择SAR ADCSAR ADCSAR ADCSAR ADC的居多。的居多。的居多。的居多。? ? 功耗随速度的增加而增加，而低功耗是许多应用（如手持功耗随速度的增加而增加，而低功耗是许多应用（如手持功耗随速度的增加而增加，而低功耗是许多应用（如手持功耗随速度的增加而增加，而低功耗是许多应用（如手持 设备、星载设备、电池供电的无线传感网等）的最基本要设备、星载设备、电池供电的无线传感网等）的最基本要设备、星载设备、电池供电的无线传感网等）的最基本要设备、星载设备、电池供电的无线传感网等）的最基本要 求之一。功耗也是求之一。功耗也是求之一。功耗也是求之一。功耗也是SARSARSARSAR型型型型ADCADCADCADC的一个重要指标。的一个重要指标。的一个重要指标。的一个重要指标。? ? SARSARSARSAR型型型型ADCADCADCADC的速度和精度与内部的速度和精度与内部的速度和精度与内部的速度和精度与内部DACDACDACDAC和比较器的性能有关。和比较器的性能有关。和比较器的性能有关。和比较器的性能有关。? ? SARSARSARSAR型型型型ADCADCADCADC前面需增加采样保持器（前面需增加采样保持器（前面需增加采样保持器（前面需增加采样保持器（SHSHSHSH），虽然有些），虽然有些），虽然有些），虽然有些ADCADCADCADC将将将将SHSHSHSH 集成在一个芯片上，但是集成在一个芯片上，但是集成在一个芯片上，但是集成在一个芯片上，但是SHSHSHSH电路将引入额外的捕捉时间和电路将引入额外的捕捉时间和电路将引入额外的捕捉时间和电路将引入额外的捕捉时间和 孔径时间等开销。孔径时间等开销。孔径时间等开销。孔径时间等开销。36第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 为了提高为了提高为了提高为了提高SARSAR型型型型ADCADC的总体转换速度，包括减少内部的总体转换速度，包括减少内部的总体转换速度，包括减少内部的总体转换速度，包括减少内部DACDAC 的建立时间对速度的影响，高速的建立时间对速度的影响，高速的建立时间对速度的影响，高速的建立时间对速度的影响，高速SARSAR型型型型ADCADC在内部采用了权在内部采用了权在内部采用了权在内部采用了权 电容型电容型电容型电容型DACDAC，融，融，融，融SHSH与与与与DACDAC为一体。为一体。为一体。为一体。? 若若若若SARSAR型型型型ADCADC的分辨率为的分辨率为的分辨率为的分辨率为n n比特，其内部比特，其内部比特，其内部比特，其内部电容式电容式电容式电容式DACDAC是由是由是由是由n n 个按照二进制加权排列的电容和一个个按照二进制加权排列的电容和一个个按照二进制加权排列的电容和一个个按照二进制加权排列的电容和一个“ “空空空空LSBLSB” ”电容组成的阵电容组成的阵电容组成的阵电容组成的阵 列。下图为一个分辨率为列。下图为一个分辨率为列。下图为一个分辨率为列。下图为一个分辨率为16bit16bit的的的的电容式电容式电容式电容式DACDAC与比较器相连与比较器相连与比较器相连与比较器相连 接的示意图接的示意图接的示意图接的示意图37模拟输入模拟输入uiVREFGND公共端公共端空空LSB电容电容比较器比较器MSB215C214C4C2CCCLSB第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 采样阶段：电容阵列公共端（比较器输入端）接地，所有自采样阶段：电容阵列公共端（比较器输入端）接地，所有自采样阶段：电容阵列公共端（比较器输入端）接地，所有自采样阶段：电容阵列公共端（比较器输入端）接地，所有自 由端连接到由端连接到由端连接到由端连接到uiui。采样阶段最终使电容阵列上的电压与。采样阶段最终使电容阵列上的电压与。采样阶段最终使电容阵列上的电压与。采样阶段最终使电容阵列上的电压与uiui成正成正成正成正 比。采样阶段的等效电路图如下。比。采样阶段的等效电路图如下。比。采样阶段的等效电路图如下。比。采样阶段的等效电路图如下。ui216C- -+-ui- -+? 保持阶段：当等效电容上的电压与保持阶段：当等效电容上的电压与保持阶段：当等效电容上的电压与保持阶段：当等效电容上的电压与uiui相同时（相同时（相同时（相同时（电容并联电路电容并联电路电容并联电路电容并联电路 上的每个电容上的电压都等于上的每个电容上的电压都等于上的每个电容上的电压都等于上的每个电容上的电压都等于uiui），电路进入保持阶段，此），电路进入保持阶段，此），电路进入保持阶段，此），电路进入保持阶段，此 时公共端与地断开，所有电容的自由端接地，比较器输入电时公共端与地断开，所有电容的自由端接地，比较器输入电时公共端与地断开，所有电容的自由端接地，比较器输入电时公共端与地断开，所有电容的自由端接地，比较器输入电 压等于压等于压等于压等于- -uiui ，电容阵列起到了采样保持功能。，电容阵列起到了采样保持功能。，电容阵列起到了采样保持功能。，电容阵列起到了采样保持功能。216C38第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器对分法逐次转换对分法逐次转换? 第一步，第一步，MSB电容自由端连接到电容自由端连接到VREF，其余接地，驱动，其余接地，驱动 比较器比较器“-”端的电压移动了端的电压移动了1/2VREF。 如果如果ui大于大于1/2VREF ，比较器输入，比较器输入-ui + 1/2VREF仍然小于仍然小于 零，比较器输出为零，比较器输出为1 。（。（下一步该电容仍然接下一步该电容仍然接VREF） 相反，如果相反，如果ui 小于小于1/2VREF ，比较器输入，比较器输入-ui + 1/2VREF大大 于零，比较器输出为逻辑于零，比较器输出为逻辑0。 （下一步该电容接地）（下一步该电容接地）（WhyWhy？）-ui215C- -+215C-uiVREF电容分压电路电容分压电路电容分压电路电容分压电路39第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 第二步，下一个最大电容连接到第二步，下一个最大电容连接到VREF，比较器确定下一，比较器确定下一 位数值。根据比较器的输出，确定下一步位数值。根据比较器的输出，确定下一步214C电容是继电容是继 续接在续接在VREF 还是接地。还是接地。-ui2 21515C+ 2C+ 21414C C- -+2 21414C C-uiVREF40再使用下一个再使用下一个再使用下一个再使用下一个“ “砝码砝码砝码砝码” ”若若若若u ui i > >（1/2+1/41/2+1/4）V VREFREF，比较器输出比较器输出比较器输出比较器输出1 1，下一步，下一步，下一步，下一步2 21414C C继续继续继续继续 接接接接V VREFREF，否则，否则，否则，否则2 21414C C接地。接地。接地。接地。-ui- -+2 21414C C-uiVREF2 21515C C+ 2+ 21414C C或者或者取决于上一位比较结果取决于上一位比较结果上次比较结果：上次比较结果：ui <1/2VREF若若ui >（1/2-1/4）VREF，比较器输出比较器输出1，下一步，下一步214C继续继续 接接VREF，否则，否则214C接地。接地。? 第三步，下一个第三步，下一个213C电容再连接到电容再连接到VREF，比较器确定下，比较器确定下 一位数值，依次继续，直到得出全部结果。一位数值，依次继续，直到得出全部结果。第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器五、五、五、五、- -调制型调制型调制型调制型ADCADC? ? 回顾：关于信号量化噪声功率比的分析回顾：关于信号量化噪声功率比的分析回顾：关于信号量化噪声功率比的分析回顾：关于信号量化噪声功率比的分析? 信号量化噪声功率比的一般表达式为：信号量化噪声功率比的一般表达式为：信号量化噪声功率比的一般表达式为：信号量化噪声功率比的一般表达式为：SNqRSNqR（dBdB）6N + C6N + C其中其中其中其中N N为为为为ADCADC的分辨率的分辨率的分辨率的分辨率? 上式的物理意义是，量化器的分辨率每增加一个比上式的物理意义是，量化器的分辨率每增加一个比上式的物理意义是，量化器的分辨率每增加一个比上式的物理意义是，量化器的分辨率每增加一个比 特，意味着量化分层数增加了一倍，从而可以获得特，意味着量化分层数增加了一倍，从而可以获得特，意味着量化分层数增加了一倍，从而可以获得特，意味着量化分层数增加了一倍，从而可以获得6 6个个个个 dBdB的信噪比增益。的信噪比增益。的信噪比增益。的信噪比增益。? 换个角度考虑，如果我们能够通过某种手段降低量化换个角度考虑，如果我们能够通过某种手段降低量化换个角度考虑，如果我们能够通过某种手段降低量化换个角度考虑，如果我们能够通过某种手段降低量化 噪声功率，使得噪声功率，使得噪声功率，使得噪声功率，使得SNqRSNqR满足指标要求，无需单纯依赖满足指标要求，无需单纯依赖满足指标要求，无需单纯依赖满足指标要求，无需单纯依赖 增加量化器的量化分层数。增加量化器的量化分层数。增加量化器的量化分层数。增加量化器的量化分层数。41第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 回顾：关于量化噪声特性的讨论回顾：关于量化噪声特性的讨论? 若输入信号的最小幅度大于量化器的最小量阶若输入信号的最小幅度大于量化器的最小量阶V， 则量化噪声总功率是一个常数，与采样频率则量化噪声总功率是一个常数，与采样频率Fs无关，无关， 并在并在0Fs/2的范围内均匀分布。的范围内均匀分布。? 以低通信号为例，假设模拟信号的最高频率为以低通信号为例，假设模拟信号的最高频率为fm，采采 样频率为样频率为Fs1，量化噪声功率谱分布如下：，量化噪声功率谱分布如下：fm0FsFs1 1/2/2-fmFs1fFs1 -fmFs1 +fm量化噪声量化噪声量化噪声量化噪声功率谱密度功率谱密度功率谱密度功率谱密度42第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 过采样过采样过采样过采样? 将采样频率提高到将采样频率提高到Fs2，由于量化噪声与采样频率无，由于量化噪声与采样频率无 关，量化噪声总功率不变，只是在更大的范围（关，量化噪声总功率不变，只是在更大的范围（0 Fs2/2）仍然呈均匀分布。）仍然呈均匀分布。? 若若Fs2K××2fm，亦即采样频率，亦即采样频率Fs2是是2fm（奈奎斯特（奈奎斯特 频率）的频率）的K倍，不难看出，采样频率提高后，落在信号倍，不难看出，采样频率提高后，落在信号 频率范围频率范围0fm内的噪声总功率只是原先的内的噪声总功率只是原先的1/K。提高采样频率后的提高采样频率后的提高采样频率后的提高采样频率后的量化噪声功率谱密度量化噪声功率谱密度量化噪声功率谱密度量化噪声功率谱密度FsFs2 2/2/2原来的量化噪原来的量化噪原来的量化噪原来的量化噪声功率谱密度声功率谱密度声功率谱密度声功率谱密度fm0FsFs1 1/2/2f“ “过采样过采样过采样过采样” ”可以降低量化噪声功率！可以降低量化噪声功率！可以降低量化噪声功率！可以降低量化噪声功率！43第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 过采样带来的问题过采样带来的问题过采样带来的问题过采样带来的问题? 仅仅是过采样，仅仅是过采样，仅仅是过采样，仅仅是过采样，ADCADC输出的数字信号仍然包含所有的输出的数字信号仍然包含所有的输出的数字信号仍然包含所有的输出的数字信号仍然包含所有的 量化噪声功率，此外量化噪声功率，此外量化噪声功率，此外量化噪声功率，此外ADCADC输出的数字信号数量（速输出的数字信号数量（速输出的数字信号数量（速输出的数字信号数量（速 率）也增加率）也增加率）也增加率）也增加K K倍。倍。倍。倍。? 解决方案：使用数字滤波器滤除信号最高频率解决方案：使用数字滤波器滤除信号最高频率解决方案：使用数字滤波器滤除信号最高频率解决方案：使用数字滤波器滤除信号最高频率fmfm以外以外以外以外 的量化噪声，并对数字信号进行抽取减少码率。的量化噪声，并对数字信号进行抽取减少码率。的量化噪声，并对数字信号进行抽取减少码率。的量化噪声，并对数字信号进行抽取减少码率。ADCADC数字低通数字低通数字低通数字低通滤波滤波滤波滤波+ +抽取抽取抽取抽取uiKFs数据速率数据速率KFs数据速率数据速率Fs带宽带宽=fm模拟低通模拟低通模拟低通模拟低通滤波器滤波器滤波器滤波器AAFAAF? 注意到注意到注意到注意到KFsKFs远远大于远远大于远远大于远远大于2fm2fm，原来用于抗混叠滤波的模拟，原来用于抗混叠滤波的模拟，原来用于抗混叠滤波的模拟，原来用于抗混叠滤波的模拟 低通滤波器就没有什么实际意义了，可以去除。低通滤波器就没有什么实际意义了，可以去除。低通滤波器就没有什么实际意义了，可以去除。低通滤波器就没有什么实际意义了，可以去除。这是这是这是这是 - -调制型调制型调制型调制型ADCADC的另外一个优点。的另外一个优点。的另外一个优点。的另外一个优点。44第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 关于关于关于关于“ “过采样过采样过采样过采样” ”技术的一个技术的一个技术的一个技术的一个“ “过份过份过份过份” ”设想设想设想设想? 采用过采样技术，在得到满足要求的采用过采样技术，在得到满足要求的采用过采样技术，在得到满足要求的采用过采样技术，在得到满足要求的SNqRSNqR时，可以减时，可以减时，可以减时，可以减 少量化器的分辨率少量化器的分辨率少量化器的分辨率少量化器的分辨率N N。? 假如量化器的分辨率假如量化器的分辨率假如量化器的分辨率假如量化器的分辨率N N减少到减少到减少到减少到1 1比特，情况会是怎样？比特，情况会是怎样？比特，情况会是怎样？比特，情况会是怎样？? 仅仅靠过采样，将采样频率提高仅仅靠过采样，将采样频率提高仅仅靠过采样，将采样频率提高仅仅靠过采样，将采样频率提高K K倍，只能将量化噪声倍，只能将量化噪声倍，只能将量化噪声倍，只能将量化噪声 功率减少为原来的功率减少为原来的功率减少为原来的功率减少为原来的1/K1/K。? 例如：例如：例如：例如：8 bit8 bit分辨率的分辨率的分辨率的分辨率的ADCADC所具有的所具有的所具有的所具有的SNqRSNqR2 22x2x8 8，若原，若原，若原，若原 先的采样速率为先的采样速率为先的采样速率为先的采样速率为10Ksps10Ksps，现在将，现在将，现在将，现在将N N降低为降低为降低为降低为1bit1bit，要获，要获，要获，要获 得同样的得同样的得同样的得同样的SNqRSNqR，所需的采样速率则要提高：，所需的采样速率则要提高：，所需的采样速率则要提高：，所需的采样速率则要提高：K K 2 22x2x8 8/ 2/ 22x2x1 1 2 21414采样频率采样频率采样频率采样频率FsFs2 2需提高至需提高至需提高至需提高至10Ksps10Ksps××××2 21414160Msps160Msps，显，显，显，显 然，简单地然，简单地然，简单地然，简单地“ “以速度换取分辨率以速度换取分辨率以速度换取分辨率以速度换取分辨率” ”难以达到理想效果难以达到理想效果难以达到理想效果难以达到理想效果。45第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ?比较器比较器比较器比较器1bit1bit量化器，量化器，量化器，量化器， 回顾斜坡跟踪型回顾斜坡跟踪型回顾斜坡跟踪型回顾斜坡跟踪型ADC ADC ? 在斜坡跟踪型在斜坡跟踪型在斜坡跟踪型在斜坡跟踪型ADCADC中，中，中，中，DACDAC输出一旦跟踪上输入信号输出一旦跟踪上输入信号输出一旦跟踪上输入信号输出一旦跟踪上输入信号u ui i 以后，控制信号输出一串以后，控制信号输出一串以后，控制信号输出一串以后，控制信号输出一串“ “1 1” ”和和和和“ “0 0” ”组成的数字序列。组成的数字序列。组成的数字序列。组成的数字序列。CLKResetu ui in bitDACn bit计数器计数器A/D转换结果转换结果“ “+1/+1/- -1 1” ”控制信号控制信号 发生器发生器比较器比较器事实上，可以根据事实上，可以根据事实上，可以根据事实上，可以根据 这些序列重建这些序列重建这些序列重建这些序列重建u ui i。这就是通信系统中这就是通信系统中这就是通信系统中这就是通信系统中 MM调制的思想。调制的思想。调制的思想。调制的思想。t0输入模拟信号输入模拟信号u ui iDAC输出输出V VTcTc46第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? MM（增量）调制原理（增量）调制原理（增量）调制原理（增量）调制原理? 为作图方便，假设为作图方便，假设为作图方便，假设为作图方便，假设u ui i (t (t) )模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号大于大于大于大于0 0。在第在第在第在第k k个时刻，个时刻，个时刻，个时刻， 用用用用u ui i ( (t tk k ) )与第与第与第与第k k- -1 1时刻（时刻（时刻（时刻（DACDAC输出）的输出）的输出）的输出）的u ui i ( (t tk k- -1 1 ) )进行进行进行进行比较，比较，比较，比较， 若若若若u ui i ( (t tk k ) )大于大于大于大于u ui i ( (t tk k- -1 1 ) )，调制器输出，调制器输出，调制器输出，调制器输出1 1，反之输出，反之输出，反之输出，反之输出0 0。? 接收端收到接收端收到接收端收到接收端收到1 1以后，输出一个宽度为以后，输出一个宽度为以后，输出一个宽度为以后，输出一个宽度为TsTs，幅度为，幅度为，幅度为，幅度为V V的的的的 上升阶梯波，反之输出一个下降的阶梯波，形成重建上升阶梯波，反之输出一个下降的阶梯波，形成重建上升阶梯波，反之输出一个下降的阶梯波，形成重建上升阶梯波，反之输出一个下降的阶梯波，形成重建 信号信号信号信号u u i i (t (t) ) 。 u u i i (t (t) ) 与与与与u ui i (t (t) )之间的误差就是量化误差。之间的误差就是量化误差。之间的误差就是量化误差。之间的误差就是量化误差。用锯齿波代替阶梯信号用锯齿波代替阶梯信号用锯齿波代替阶梯信号用锯齿波代替阶梯信号ui(t)比较器输出比较器输出tTsTs? 为电路实现方便，更为电路实现方便，更为电路实现方便，更为电路实现方便，更 多采用用锯齿波代替多采用用锯齿波代替多采用用锯齿波代替多采用用锯齿波代替 阶梯波，阶梯波，阶梯波，阶梯波，1 1码表示正码表示正码表示正码表示正 斜率，斜率，斜率，斜率，0 0码表示负斜码表示负斜码表示负斜码表示负斜 率。波形转换通过率。波形转换通过率。波形转换通过率。波形转换通过积积积积 分器分器分器分器来实现。来实现。来实现。来实现。47第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? MM调制器系统结构调制器系统结构调制器系统结构调制器系统结构积分器积分器采样采样比较器比较器脉冲脉冲发生器发生器ui(t)+Fs采样定时采样定时脉冲脉冲发生器发生器积分器积分器低通低通滤波器滤波器信道信道M调调制输出制输出发送端发送端接收端接收端ui(t)? ? MM调制的特点调制的特点调制的特点调制的特点? 只要只要只要只要V V和和和和TsTs足够小，可以将误差控制在允许范围内；足够小，可以将误差控制在允许范围内；足够小，可以将误差控制在允许范围内；足够小，可以将误差控制在允许范围内；? 重建信号以重建信号以重建信号以重建信号以V/TsV/Ts为斜率跟踪为斜率跟踪为斜率跟踪为斜率跟踪u ui i(t (t) )变化。变化。变化。变化。但是，如果但是，如果但是，如果但是，如果 u u u ui i i i (t(t(t(t) ) ) )变化太快将出现变化太快将出现变化太快将出现变化太快将出现 “ “斜率过载失真斜率过载失真斜率过载失真斜率过载失真” ”。此外。此外。此外。此外MM调制调制调制调制 “看不见看不见看不见看不见”直流和极低频信号。直流和极低频信号。直流和极低频信号。直流和极低频信号。48积分器取代了积分器取代了积分器取代了积分器取代了计数器计数器计数器计数器+DAC+DAC第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 解决之道解决之道解决之道解决之道? 若对若对若对若对u ui i (t (t) )积分，先将积分，先将积分，先将积分，先将u ui i (t (t) )做做做做“ “平滑平滑平滑平滑” ”处理，然后再进行处理，然后再进行处理，然后再进行处理，然后再进行MM （增量）调制，则可减少出现斜率过载的可能性，同（增量）调制，则可减少出现斜率过载的可能性，同（增量）调制，则可减少出现斜率过载的可能性，同（增量）调制，则可减少出现斜率过载的可能性，同 时直流信号经过积分之后可以被编码。接收端为了复时直流信号经过积分之后可以被编码。接收端为了复时直流信号经过积分之后可以被编码。接收端为了复时直流信号经过积分之后可以被编码。接收端为了复 原信号，原信号，原信号，原信号，LPFLPF输出信号必须再进行一次微分。输出信号必须再进行一次微分。输出信号必须再进行一次微分。输出信号必须再进行一次微分。? 这就是这就是这就是这就是- - - -（总和增量）调制（总和增量）调制（总和增量）调制（总和增量）调制，其系统结构如下。，其系统结构如下。，其系统结构如下。，其系统结构如下。积分器积分器采样采样比较器比较器脉冲脉冲发生器发生器ui(t)+Fs采样定时采样定时-调调制输出制输出发送端发送端积分器积分器信道信道脉冲脉冲发生器发生器积分器积分器低通低通滤波器滤波器信道信道接收端接收端ui(t)微分器微分器49第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? - -调制系统的简化调制系统的简化调制系统的简化调制系统的简化? 在接收端，接收信号先积分再微分，两者作用抵消。在接收端，接收信号先积分再微分，两者作用抵消。在接收端，接收信号先积分再微分，两者作用抵消。在接收端，接收信号先积分再微分，两者作用抵消。 因此，接收端只需对脉冲序列进行低通滤波即可复原因此，接收端只需对脉冲序列进行低通滤波即可复原因此，接收端只需对脉冲序列进行低通滤波即可复原因此，接收端只需对脉冲序列进行低通滤波即可复原 信号。信号。信号。信号。如果对接收的数字序列直接进行数字滤波，接如果对接收的数字序列直接进行数字滤波，接如果对接收的数字序列直接进行数字滤波，接如果对接收的数字序列直接进行数字滤波，接 收端的脉冲发生器也可去除。收端的脉冲发生器也可去除。收端的脉冲发生器也可去除。收端的脉冲发生器也可去除。? 在发送端，两个积分器在发送端，两个积分器在发送端，两个积分器在发送端，两个积分器“ “先积分再相减先积分再相减先积分再相减先积分再相减” ”，可以简化为，可以简化为，可以简化为，可以简化为 “ “先相减再积分先相减再积分先相减再积分先相减再积分” ”，两个积分器只需一个。简化后的系，两个积分器只需一个。简化后的系，两个积分器只需一个。简化后的系，两个积分器只需一个。简化后的系 统结构如下图所示：统结构如下图所示：统结构如下图所示：统结构如下图所示：数字数字信号信号采样采样比较器比较器Fs采样定时采样定时-调调制输出制输出信道信道接收端接收端数字低通数字低通滤波器滤波器ui(t)发送端发送端脉冲脉冲发生器发生器ui(t)+积分器积分器基本上能看出这就是基本上能看出这就是基本上能看出这就是基本上能看出这就是- -调制型调制型调制型调制型ADCADC的原理！的原理！的原理！的原理！50第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? - -调制型调制型调制型调制型ADCADC原理原理原理原理? 在在在在- -调制系统的发送端，采样比较器实际上就是一调制系统的发送端，采样比较器实际上就是一调制系统的发送端，采样比较器实际上就是一调制系统的发送端，采样比较器实际上就是一 个个个个1 bit1 bit的量化器（的量化器（的量化器（的量化器（ADCADC）；而反馈环节的脉冲发生器）；而反馈环节的脉冲发生器）；而反馈环节的脉冲发生器）；而反馈环节的脉冲发生器 就是就是就是就是1 bit1 bit的的的的DACDAC；而接收端输出的就是；而接收端输出的就是；而接收端输出的就是；而接收端输出的就是A/DA/D转换结转换结转换结转换结 果。这样就得到果。这样就得到果。这样就得到果。这样就得到- -调制型调制型调制型调制型ADCADC的结构如下图所示：的结构如下图所示：的结构如下图所示：的结构如下图所示：? ? - -调制型调制型调制型调制型ADCADC的传输函数和噪声特性的传输函数和噪声特性的传输函数和噪声特性的传输函数和噪声特性? 在在在在- -调制型调制型调制型调制型ADCADC中，量化噪声是在中，量化噪声是在中，量化噪声是在中，量化噪声是在1 bit1 bit量化器处引量化器处引量化器处引量化器处引 入的，为理解量化噪声的分布，考察入的，为理解量化噪声的分布，考察入的，为理解量化噪声的分布，考察入的，为理解量化噪声的分布，考察- -调制型调制型调制型调制型ADCADC 的拉普拉斯传输函数。的拉普拉斯传输函数。的拉普拉斯传输函数。的拉普拉斯传输函数。1 bitADCFs数字低通数字低通 滤波滤波+抽取抽取ui(t)+积分器积分器?1 bitDACA/D结结果数据果数据y(t)51第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器N(S):量化噪声量化噪声U(S)+积分器积分器S1+Y(S)? 记输入信号记输入信号记输入信号记输入信号u ui (t (t) )、低通滤波器的输入、低通滤波器的输入、低通滤波器的输入、低通滤波器的输入y(ty(t) )、以及量化噪声以及量化噪声以及量化噪声以及量化噪声 的拉普拉斯变换分别为的拉普拉斯变换分别为的拉普拉斯变换分别为的拉普拉斯变换分别为U(S)U(S)、Y(S)Y(S)和和和和N(S)N(S)；注意到量化；注意到量化；注意到量化；注意到量化 噪声是加性噪声，利用拉普拉斯变换的性质，不难得到噪声是加性噪声，利用拉普拉斯变换的性质，不难得到噪声是加性噪声，利用拉普拉斯变换的性质，不难得到噪声是加性噪声，利用拉普拉斯变换的性质，不难得到 - -调制型调制型调制型调制型ADCADC的拉氏变换模型如下图所示：的拉氏变换模型如下图所示：的拉氏变换模型如下图所示：的拉氏变换模型如下图所示：当当当当N(S)N(S)=0=0时，有：时，有：时，有：时，有：Y(S)U(S)S1Y(S)?S1S11S11S1U(S)Y(S)?对于对于对于对于U(S)U(S)，有：，有：，有：，有：上式物理意义是：上式物理意义是：上式物理意义是：上式物理意义是：积分器对输入信号呈低通滤波特性。积分器对输入信号呈低通滤波特性。积分器对输入信号呈低通滤波特性。积分器对输入信号呈低通滤波特性。52第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器N(S):量化噪声量化噪声U(S)+积分器积分器S1+Y(S)当当当当U(S)U(S)=0=0时，有：时，有：时，有：时，有：N(S)Y(S)SY(S)?1S1SS111N(S)Y(S)?对于对于对于对于N(S)N(S)，有：，有：，有：，有：上式物理意义是：上式物理意义是：上式物理意义是：上式物理意义是： 对于量化噪声来说，对于量化噪声来说，对于量化噪声来说，对于量化噪声来说，- - - -调制型调制型调制型调制型 ADCADCADCADC的传输函数呈高通滤波的传输函数呈高通滤波的传输函数呈高通滤波的传输函数呈高通滤波，其特性如下图所示：，其特性如下图所示：，其特性如下图所示：，其特性如下图所示：S SN(S)Y(S)1 10 010102 24 46 68 853第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 这说明，在这说明，在这说明，在这说明，在- -调制型调制型调制型调制型ADCADC中，量化噪声在频域不再是中，量化噪声在频域不再是中，量化噪声在频域不再是中，量化噪声在频域不再是 均匀分布，而是与频率有关并呈均匀分布，而是与频率有关并呈均匀分布，而是与频率有关并呈均匀分布，而是与频率有关并呈“ “高通高通高通高通” ”特性。这就是所特性。这就是所特性。这就是所特性。这就是所 谓的谓的谓的谓的“ “噪声整形（或成形，噪声整形（或成形，噪声整形（或成形，噪声整形（或成形，ShapingShaping）技术）技术）技术）技术” ”。? 噪声经过整形后，量化噪声的大部分能量被噪声经过整形后，量化噪声的大部分能量被噪声经过整形后，量化噪声的大部分能量被噪声经过整形后，量化噪声的大部分能量被“ “推向推向推向推向” ”了频了频了频了频 率较高的区域。经过低通滤波后，更多的量化噪声被滤率较高的区域。经过低通滤波后，更多的量化噪声被滤率较高的区域。经过低通滤波后，更多的量化噪声被滤率较高的区域。经过低通滤波后，更多的量化噪声被滤 除，从而提高了信号量化噪声功率比。除，从而提高了信号量化噪声功率比。除，从而提高了信号量化噪声功率比。除，从而提高了信号量化噪声功率比。? ?讨论：讨论：讨论：讨论：1) 1) - -调制型调制型调制型调制型ADCADC的原理可以用以下三项技术概括：的原理可以用以下三项技术概括：的原理可以用以下三项技术概括：的原理可以用以下三项技术概括：过采样（过采样（过采样（过采样（Over SamplingOver Sampling）噪声整形（噪声整形（噪声整形（噪声整形（Noise ShapingNoise Shaping）数字低通滤波和抽取（数字低通滤波和抽取（数字低通滤波和抽取（数字低通滤波和抽取（Digital LPFDigital LPF）54第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2) 2) 如何提高噪声整形的效果？如何提高噪声整形的效果？如何提高噪声整形的效果？如何提高噪声整形的效果？? 以上噪声整形是通过一个一阶高通滤波器实现的。以上噪声整形是通过一个一阶高通滤波器实现的。以上噪声整形是通过一个一阶高通滤波器实现的。以上噪声整形是通过一个一阶高通滤波器实现的。对于对于对于对于 一阶滤波器，过采样倍率一阶滤波器，过采样倍率一阶滤波器，过采样倍率一阶滤波器，过采样倍率KK每增加一倍，可以获得每增加一倍，可以获得每增加一倍，可以获得每增加一倍，可以获得9dB9dB的的的的 SNqRSNqR改善改善改善改善，这里过采样倍数，这里过采样倍数，这里过采样倍数，这里过采样倍数K=Fs/(2fm)K=Fs/(2fm)。? 很自然联想到，若很自然联想到，若很自然联想到，若很自然联想到，若- -调制器采用更多的积分与求和环调制器采用更多的积分与求和环调制器采用更多的积分与求和环调制器采用更多的积分与求和环 节，增加滤波器的阶数，可获得更好的噪声整形效果。节，增加滤波器的阶数，可获得更好的噪声整形效果。节，增加滤波器的阶数，可获得更好的噪声整形效果。节，增加滤波器的阶数，可获得更好的噪声整形效果。 如图所示是一个如图所示是一个如图所示是一个如图所示是一个二阶二阶二阶二阶- -调制器，可提供调制器，可提供调制器，可提供调制器，可提供15dB/15dB/倍频程的倍频程的倍频程的倍频程的 SNqRSNqR改善改善改善改善。当。当。当。当K=64K=64时，一个理想二阶系统的时，一个理想二阶系统的时，一个理想二阶系统的时，一个理想二阶系统的SNqRSNqR大约大约大约大约 为为为为80dB80dB，分辨率大约相当于，分辨率大约相当于，分辨率大约相当于，分辨率大约相当于13bit13bit的的的的ADCADC。1 bitADCFs数字低通数字低通 滤波滤波+抽取抽取ui(t)+积分器积分器?1 bitDACA/D结结果数据果数据积分器积分器?+二阶二阶二阶二阶- -调制调制调制调制ADCADC结构图结构图结构图结构图55第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器但是，更高阶数的但是，更高阶数的但是，更高阶数的但是，更高阶数的- -调制器就无法用线性模型进行描述调制器就无法用线性模型进行描述调制器就无法用线性模型进行描述调制器就无法用线性模型进行描述 了，而且必须采用许多复杂技术才能保证系统的稳定性。了，而且必须采用许多复杂技术才能保证系统的稳定性。了，而且必须采用许多复杂技术才能保证系统的稳定性。了，而且必须采用许多复杂技术才能保证系统的稳定性。 目前单级目前单级目前单级目前单级- -调制器的阶数最高只有三阶。调制器的阶数最高只有三阶。调制器的阶数最高只有三阶。调制器的阶数最高只有三阶。- -调制器的调制器的调制器的调制器的SNqRSNqR改善与阶数以及过采样倍率改善与阶数以及过采样倍率改善与阶数以及过采样倍率改善与阶数以及过采样倍率K K之间的之间的之间的之间的 关系如下图所示。关系如下图所示。关系如下图所示。关系如下图所示。需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：K K 过大将使得器件功过大将使得器件功过大将使得器件功过大将使得器件功 耗增加，也会限制耗增加，也会限制耗增加，也会限制耗增加，也会限制 输入信号的频率范输入信号的频率范输入信号的频率范输入信号的频率范 围。因此，在保证围。因此，在保证围。因此，在保证围。因此，在保证 精度的前提下，应精度的前提下，应精度的前提下，应精度的前提下，应 尽可能设法降低过尽可能设法降低过尽可能设法降低过尽可能设法降低过 采样率。采样率。采样率。采样率。三阶三阶：21dB/倍频程倍频程二阶二阶：15dB/倍频倍频程程一一阶阶：9dB/倍倍频频程程SNqR（dB）过采样倍率过采样倍率K56第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 思考：怎样才能实现上述设想？思考：怎样才能实现上述设想？思考：怎样才能实现上述设想？思考：怎样才能实现上述设想？? 方法一：将多个稳定的低阶回路前后级联，组成一个方法一：将多个稳定的低阶回路前后级联，组成一个方法一：将多个稳定的低阶回路前后级联，组成一个方法一：将多个稳定的低阶回路前后级联，组成一个 “ “高阶高阶高阶高阶” ” - -调制器，以获得更好的噪声整形效果。例调制器，以获得更好的噪声整形效果。例调制器，以获得更好的噪声整形效果。例调制器，以获得更好的噪声整形效果。例 如，将一个如，将一个如，将一个如，将一个2 2阶和两个阶和两个阶和两个阶和两个1 1阶的回路级联，即采用阶的回路级联，即采用阶的回路级联，即采用阶的回路级联，即采用“ “2 2- -1 1- -1 1” ”结结结结 构，构成一个所谓构，构成一个所谓构，构成一个所谓构，构成一个所谓“ “三级三级三级三级4 4阶阶阶阶” ” 的的的的- -调制型调制型调制型调制型ADCADC。? 方法二：使用多比特量化器和方法二：使用多比特量化器和方法二：使用多比特量化器和方法二：使用多比特量化器和DACDAC。如多比特结构。如多比特结构。如多比特结构。如多比特结构- - 调制型转换器，内部含有一个调制型转换器，内部含有一个调制型转换器，内部含有一个调制型转换器，内部含有一个n n比特的并行比特的并行比特的并行比特的并行ADCADC和一和一和一和一 个个个个n n比特的比特的比特的比特的DACDAC，从而减少所需的过采样率。，从而减少所需的过采样率。，从而减少所需的过采样率。，从而减少所需的过采样率。? 以上两种方法可以合用。例如，为以上两种方法可以合用。例如，为以上两种方法可以合用。例如，为以上两种方法可以合用。例如，为ADSLADSL应用设计的应用设计的应用设计的应用设计的4 4阶阶阶阶 - -调制器采用调制器采用调制器采用调制器采用2 2- -1 1- -1 1三级级联结构，其中最后一级含三级级联结构，其中最后一级含三级级联结构，其中最后一级含三级级联结构，其中最后一级含 有有有有4 4比特量化器。该比特量化器。该比特量化器。该比特量化器。该ADCADC的过采样率的过采样率的过采样率的过采样率KK仅为仅为仅为仅为1616，分辨率，分辨率，分辨率，分辨率 1212比特，采样率为比特，采样率为比特，采样率为比特，采样率为4Msps4Msps，功耗，功耗，功耗，功耗77mW77mW。? 还有其它几项新技术也被用于减少过采样率还有其它几项新技术也被用于减少过采样率还有其它几项新技术也被用于减少过采样率还有其它几项新技术也被用于减少过采样率KK，如使用，如使用，如使用，如使用 带通滤波器替代积分器，对中频信号进行转换带通滤波器替代积分器，对中频信号进行转换带通滤波器替代积分器，对中频信号进行转换带通滤波器替代积分器，对中频信号进行转换 57第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3) 3) 数字低通滤波器的作用有以下数字低通滤波器的作用有以下数字低通滤波器的作用有以下数字低通滤波器的作用有以下3 3个：个：个：个： 滤除滤除滤除滤除- -调制器经噪声整形后量化噪声；调制器经噪声整形后量化噪声；调制器经噪声整形后量化噪声；调制器经噪声整形后量化噪声； 抗混叠滤波，消除信号频带以外的带外噪声；抗混叠滤波，消除信号频带以外的带外噪声；抗混叠滤波，消除信号频带以外的带外噪声；抗混叠滤波，消除信号频带以外的带外噪声； 减少减少减少减少ADCADC输出的数据速率。这是通过减采样（抽取输出的数据速率。这是通过减采样（抽取输出的数据速率。这是通过减采样（抽取输出的数据速率。这是通过减采样（抽取 decimationdecimation）实现的。词头）实现的。词头）实现的。词头）实现的。词头“ “decideci- -” ”不一定就是不一定就是不一定就是不一定就是1010的倍数，的倍数，的倍数，的倍数， 这里应广义地理解，可以代表其它整数。这里应广义地理解，可以代表其它整数。这里应广义地理解，可以代表其它整数。这里应广义地理解，可以代表其它整数。数字低通滤波器可选用数字低通滤波器可选用数字低通滤波器可选用数字低通滤波器可选用FIRFIR滤波器或滤波器或滤波器或滤波器或IIRIIR滤波器，或者两者滤波器，或者两者滤波器，或者两者滤波器，或者两者 的组合。的组合。的组合。的组合。虽然虽然虽然虽然IIRIIR滤波器的滤波效率高（因使用了反馈环路）等优滤波器的滤波效率高（因使用了反馈环路）等优滤波器的滤波效率高（因使用了反馈环路）等优滤波器的滤波效率高（因使用了反馈环路）等优 点。但是相比之下，点。但是相比之下，点。但是相比之下，点。但是相比之下，FIRFIR滤波器容易设计、能与抽取过程滤波器容易设计、能与抽取过程滤波器容易设计、能与抽取过程滤波器容易设计、能与抽取过程 合并、稳定、线性相位等优点，因此绝大多数合并、稳定、线性相位等优点，因此绝大多数合并、稳定、线性相位等优点，因此绝大多数合并、稳定、线性相位等优点，因此绝大多数- -调制调制调制调制 型型型型ADCADC产品采用的是产品采用的是产品采用的是产品采用的是FIRFIR滤波器。滤波器。滤波器。滤波器。58第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器数字滤波器的滤波特性广泛采用的是数字滤波器的滤波特性广泛采用的是数字滤波器的滤波特性广泛采用的是数字滤波器的滤波特性广泛采用的是sincsinc3 3( (x x) )函数型。函数型。函数型。函数型。33xsin(x)xsinc)()(?这不仅是因为这不仅是因为这不仅是因为这不仅是因为sincsinc3 3( (x x) )呈低通特性，更主要的是鉴于呈低通特性，更主要的是鉴于呈低通特性，更主要的是鉴于呈低通特性，更主要的是鉴于 sincsinc3 3( (x x) ) 具有优良的陷波特性。若将陷波点设为与工频具有优良的陷波特性。若将陷波点设为与工频具有优良的陷波特性。若将陷波点设为与工频具有优良的陷波特性。若将陷波点设为与工频 干扰相同的频率，干扰相同的频率，干扰相同的频率，干扰相同的频率，- -调制型调制型调制型调制型ADCADC也有与双积分型也有与双积分型也有与双积分型也有与双积分型ADCADC 类似的抗工频干扰能力。类似的抗工频干扰能力。类似的抗工频干扰能力。类似的抗工频干扰能力。由于电力线周波有由于电力线周波有由于电力线周波有由于电力线周波有50Hz50Hz和和和和60Hz60Hz之分，因此，之分，因此，之分，因此，之分，因此，- -调制调制调制调制 型型型型ADCADC内部的滤波器参数应当允许用户选择。事实上，内部的滤波器参数应当允许用户选择。事实上，内部的滤波器参数应当允许用户选择。事实上，内部的滤波器参数应当允许用户选择。事实上， 目前大多数目前大多数目前大多数目前大多数- -调制型调制型调制型调制型ADCADC产品内部带有产品内部带有产品内部带有产品内部带有CPUCPU甚至甚至甚至甚至 DSPDSP，用户可对，用户可对，用户可对，用户可对ADCADC的多种参数进行设置，例如选择滤的多种参数进行设置，例如选择滤的多种参数进行设置，例如选择滤的多种参数进行设置，例如选择滤 波器的类型、截至频率和陷波频率，过采样倍率和抽取波器的类型、截至频率和陷波频率，过采样倍率和抽取波器的类型、截至频率和陷波频率，过采样倍率和抽取波器的类型、截至频率和陷波频率，过采样倍率和抽取 （减抽样）倍率等。（减抽样）倍率等。（减抽样）倍率等。（减抽样）倍率等。59第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4) 4) - -调制型调制型调制型调制型ADCADC的性能和特点的性能和特点的性能和特点的性能和特点? - -调制型调制型调制型调制型ADCADC利用速度换取分辨率的提高，是目前分利用速度换取分辨率的提高，是目前分利用速度换取分辨率的提高，是目前分利用速度换取分辨率的提高，是目前分 辨率最高的辨率最高的辨率最高的辨率最高的ADCADC类型，许多厂商都有许多款类型，许多厂商都有许多款类型，许多厂商都有许多款类型，许多厂商都有许多款24 bit24 bit分辨分辨分辨分辨 率的产品。但在高分辨率运行时，过采样倍率率的产品。但在高分辨率运行时，过采样倍率率的产品。但在高分辨率运行时，过采样倍率率的产品。但在高分辨率运行时，过采样倍率K K较大，较大，较大，较大， 限制了输入信号的频率，转换速度每秒只有几十次甚至限制了输入信号的频率，转换速度每秒只有几十次甚至限制了输入信号的频率，转换速度每秒只有几十次甚至限制了输入信号的频率，转换速度每秒只有几十次甚至 更低。更低。更低。更低。? 传统的传统的传统的传统的- -调制型调制型调制型调制型ADCADC普遍用于带宽在普遍用于带宽在普遍用于带宽在普遍用于带宽在22KHz22KHz以内的以内的以内的以内的 字音频领域，分辨率在字音频领域，分辨率在字音频领域，分辨率在字音频领域，分辨率在1616比特以内。比特以内。比特以内。比特以内。? 近年来，一些由高阶近年来，一些由高阶近年来，一些由高阶近年来，一些由高阶- -调制型调制型调制型调制型ADC ADC （4 4阶或更高）配阶或更高）配阶或更高）配阶或更高）配 合一个多比特合一个多比特合一个多比特合一个多比特ADCADC和多比特和多比特和多比特和多比特DACDAC，构成了所谓宽带，构成了所谓宽带，构成了所谓宽带，构成了所谓宽带- - 调制型调制型调制型调制型ADC ADC ，能够达到，能够达到，能够达到，能够达到1MHz1MHz至至至至2MHz2MHz的带宽，分辨的带宽，分辨的带宽，分辨的带宽，分辨 率保持在率保持在率保持在率保持在1212比特至比特至比特至比特至1616比特之间。比特之间。比特之间。比特之间。60第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?- -调制型调制型调制型调制型ADCADC具有一个先天优势，即使分辨率达到具有一个先天优势，即使分辨率达到具有一个先天优势，即使分辨率达到具有一个先天优势，即使分辨率达到1616 位至位至位至位至1818位，也不需要特别的微调或校准。位，也不需要特别的微调或校准。位，也不需要特别的微调或校准。位，也不需要特别的微调或校准。?- -调制型调制型调制型调制型ADCADC也不需要在模拟输入端增加快速滚降的也不需要在模拟输入端增加快速滚降的也不需要在模拟输入端增加快速滚降的也不需要在模拟输入端增加快速滚降的 抗混叠滤波器。因为过采样频率远远高于信号的有效带抗混叠滤波器。因为过采样频率远远高于信号的有效带抗混叠滤波器。因为过采样频率远远高于信号的有效带抗混叠滤波器。因为过采样频率远远高于信号的有效带 宽，不用再担心带外噪声经采样（频谱周期延拓）后进宽，不用再担心带外噪声经采样（频谱周期延拓）后进宽，不用再担心带外噪声经采样（频谱周期延拓）后进宽，不用再担心带外噪声经采样（频谱周期延拓）后进 入带内；带外噪声由后端的数字滤波器滤除。入带内；带外噪声由后端的数字滤波器滤除。入带内；带外噪声由后端的数字滤波器滤除。入带内；带外噪声由后端的数字滤波器滤除。?- -调制型调制型调制型调制型ADCADC的过采样特性还可用来的过采样特性还可用来的过采样特性还可用来的过采样特性还可用来“ “平滑平滑平滑平滑” ”模拟输入模拟输入模拟输入模拟输入 中的系统噪声。中的系统噪声。中的系统噪声。中的系统噪声。?- -调制型调制型调制型调制型ADCADC的过采样倍率的过采样倍率的过采样倍率的过采样倍率K K至少是至少是至少是至少是1616倍，一般会更倍，一般会更倍，一般会更倍，一般会更 多。这就要求多。这就要求多。这就要求多。这就要求- -调制器内部模拟电路的工作速率远远调制器内部模拟电路的工作速率远远调制器内部模拟电路的工作速率远远调制器内部模拟电路的工作速率远远 大于最终的数据速率。数字滤波器的设计也是一个挑大于最终的数据速率。数字滤波器的设计也是一个挑大于最终的数据速率。数字滤波器的设计也是一个挑大于最终的数据速率。数字滤波器的设计也是一个挑 战，并要消耗很多硅片面积。在不远的将来，速度最高战，并要消耗很多硅片面积。在不远的将来，速度最高战，并要消耗很多硅片面积。在不远的将来，速度最高战，并要消耗很多硅片面积。在不远的将来，速度最高 的高分辨率的高分辨率的高分辨率的高分辨率- -调制型调制型调制型调制型ADCADC的带宽也不大可能高出几的带宽也不大可能高出几的带宽也不大可能高出几的带宽也不大可能高出几 MspsMsps太多。太多。太多。太多。61第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器关于关于-调制型调制型DAC的介绍的介绍? 通过第三章的介绍，奈奎斯特型通过第三章的介绍，奈奎斯特型DAC的分辨率和的分辨率和 精度受精度受IC制造工艺的限制，难以实现制造工艺的限制，难以实现16bit以上的以上的 高精度。高精度。? 数字高保真音频以及精密控制（如惯导系统）迫数字高保真音频以及精密控制（如惯导系统）迫 切需要高分辨率的切需要高分辨率的DAC。? 曾经出现过的一些提高分辨率的措施曾经出现过的一些提高分辨率的措施?例例1：使用：使用2片片8 bit分辨率电流输出型分辨率电流输出型DAC，2片输片输 入入Vref分别接分别接VR 和和VR /28，两片，两片DAC的输出并联。的输出并联。 可以实现可以实现8bit以上分辨率。以上分辨率。62第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?例例2：假设：假设DAC输出速率（相当于采样速率）较高，可输出速率（相当于采样速率）较高，可 将前后两个输出数字进行相减（差分），其差的字长将前后两个输出数字进行相减（差分），其差的字长 （位数）肯定减小，可用低分辨率（位数）肯定减小，可用低分辨率DAC对差值进行转对差值进行转 换获取高分辨率的结果。为防止出现斜率过载失真，换获取高分辨率的结果。为防止出现斜率过载失真， 可对输入数字信号先积分，再对结果进行微分可对输入数字信号先积分，再对结果进行微分 ? 高精度高精度DAC的实现思路：的实现思路：?用数字代替模拟，用低分辨率用数字代替模拟，用低分辨率DAC获取高分辨率结果获取高分辨率结果? -调制型调制型DAC结构结构上采样上采样+插值滤波器插值滤波器-调制器调制器M bitDAC模拟低通模拟低通滤波器滤波器x(n)N bitfsx1 (n)N bitL××fsx2 (n)M bitL××fsAnalogAnalogDigitalDigitalx(t)y(t)1M <<<<N63第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器- -DACDAC关键技术：过采样关键技术：过采样关键技术：过采样关键技术：过采样+ +噪声整形噪声整形噪声整形噪声整形(一一) 过采样过采样上采样和插值滤波的时域解释上采样和插值滤波的时域解释上采样上采样（内插）（内插）x(n)v(n)x1 (n)插值插值滤波器滤波器x(n)的采样频率为的采样频率为fs，在两个样，在两个样 本之间插入本之间插入L-1个零值。个零值。LL2L3L4LT2 =T1 / Lx1 (n)x(n)v(n)v(n)=x(n/L) n=0,±±L,±±2L，0 其它上采样后，上采样后，v(n)的采样频率提高的采样频率提高 了了L倍，倍，再经插值（平滑）滤波再经插值（平滑）滤波 器输出器输出x1 (n) 。64第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器(二二) 噪声整形噪声整形-调制器调制器x1 (n)N bitL××fsx2 (n)M bitL××fs1M <<<<N? 例例2的启示：用低分辨率的启示：用低分辨率DAC实现高分辨率转换的前提，实现高分辨率转换的前提， 应能够将应能够将x1 (n)的位长的位长N降为降为M，M甚至可等于甚至可等于1。我们仍。我们仍 然从然从M调制开始，逐步深入调制开始，逐步深入 ? 与前面讨论不同的是，现在输入的是数字信号与前面讨论不同的是，现在输入的是数字信号x1 (n)，在输，在输 出端需要重建出端需要重建x1 (n)对应的模拟信号对应的模拟信号x1 (t) 。M bitDAC比较器比较器1 bitDACD数字数字积分器积分器模拟模拟积分器积分器LPFx1 (n)e(n)y(n)z(n)y(t)z(t)x1 (t)+-65第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 图中图中y(n)为为M调制器调制器1 bit的输出码流，其值为的输出码流，其值为+1或或-1。 M调制之目的就是要使调制之目的就是要使y(n)的积分值的积分值z(n)逼近逼近x1 (n)。y(n) 根据根据 e(n)的极性输出的极性输出+1或或-1。? 根据根据y(n)重建重建x1 (t)的过程不再讨论。的过程不再讨论。? M调制的问题：斜率过载，不适应直流或极低频信号。调制的问题：斜率过载，不适应直流或极低频信号。? 解决之道：解决之道：? ?- -调制调制调制调制。系统化简之后。系统化简之后 比较器比较器1 bitDACD数字数字积分器积分器模拟模拟积分器积分器LPFx1 (n)e(n)y(n)z(n)y(t)z(t)x1 (t)+-对对对对x1(n)x1(n)先积分，再对先积分，再对先积分，再对先积分，再对LPFLPF输出进行微分输出进行微分输出进行微分输出进行微分66第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 红线框内就是我们已熟知的红线框内就是我们已熟知的-调制器。由于调制器。由于-调制调制 器对量化噪声呈高通特性，噪声整形结果将量化噪声的大器对量化噪声呈高通特性，噪声整形结果将量化噪声的大 部分能量推到带外，经部分能量推到带外，经LPF之后可获得较高的之后可获得较高的SNqR。? 如何进一步提高如何进一步提高- -调制器的性能？调制器的性能？调制器的性能？调制器的性能？MM取多取多取多取多bitbit、高阶调、高阶调、高阶调、高阶调 制器、级联制器、级联制器、级联制器、级联 ? 以上关于以上关于以上关于以上关于- -调制型调制型调制型调制型ADCADC以及以及以及以及DACDAC的介绍，尽可能地避的介绍，尽可能地避的介绍，尽可能地避的介绍，尽可能地避 免数学推导和理论分析。如需进一步做深入研究，请查阅免数学推导和理论分析。如需进一步做深入研究，请查阅免数学推导和理论分析。如需进一步做深入研究，请查阅免数学推导和理论分析。如需进一步做深入研究，请查阅 相关参考文献。相关参考文献。相关参考文献。相关参考文献。比较器比较器1 bitDACDLPFx1 (n)y(n)y(t)x1 (t)+-数字数字积分器积分器67第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器六、流水线型六、流水线型六、流水线型六、流水线型ADCADC? ? 问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出? 对于闪速型对于闪速型对于闪速型对于闪速型ADCADC，n bitn bit的分辨率一般需要的分辨率一般需要的分辨率一般需要的分辨率一般需要2 2n n- -1 1个比较个比较个比较个比较 器。提高闪速型器。提高闪速型器。提高闪速型器。提高闪速型ADCADC的分辨率受制造技术的限制。的分辨率受制造技术的限制。的分辨率受制造技术的限制。的分辨率受制造技术的限制。? 如何在不增加制造难度的前提下提高分辨率？如何在不增加制造难度的前提下提高分辨率？如何在不增加制造难度的前提下提高分辨率？如何在不增加制造难度的前提下提高分辨率？? 考察以下考察以下考察以下考察以下ADCADC结构：结构：结构：结构：采样采样保持器保持器ui(t)N1和和N2合并电路合并电路（N1+N2）bit转换结果转换结果N1 bitADCN1 bit 转换结果转换结果N2 bitADCN2 bit 转换结果转换结果2 2步（差值）转换型步（差值）转换型步（差值）转换型步（差值）转换型ADCADC原理结构图原理结构图原理结构图原理结构图？N1 bitDAC+u u i(ti(t) )×× 2Me(te(t) )68第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ?两步型两步型两步型两步型ADCADC原理原理原理原理? S/HS/H输出输出输出输出u ui i (t (t) )先经一个先经一个先经一个先经一个N1N1比特的闪速比特的闪速比特的闪速比特的闪速ADCADC进行转换（粗进行转换（粗进行转换（粗进行转换（粗 分分分分- -coarsecoarse），结果再经一个），结果再经一个），结果再经一个），结果再经一个N1N1比特比特比特比特DACDAC转换成模拟转换成模拟转换成模拟转换成模拟 量量量量u u i i (t (t) ) 。若除量化噪声外粗分。若除量化噪声外粗分。若除量化噪声外粗分。若除量化噪声外粗分ADCADC和和和和DACDAC没有其它误没有其它误没有其它误没有其它误 差，差，差，差，u ui i (t (t) ) u u i i (t (t) )e(te(t) )就是粗分后的量化误差。就是粗分后的量化误差。就是粗分后的量化误差。就是粗分后的量化误差。? 将将将将e(te(t) )放大后，再送到一个放大后，再送到一个放大后，再送到一个放大后，再送到一个N2N2比特的闪速比特的闪速比特的闪速比特的闪速ADCADC（细分（细分（细分（细分- - finefine）进行转换，得到）进行转换，得到）进行转换，得到）进行转换，得到N2N2位的数字输出。位的数字输出。位的数字输出。位的数字输出。? 两次转换结果经合并，形成两次转换结果经合并，形成两次转换结果经合并，形成两次转换结果经合并，形成(N1+N2)(N1+N2)比特的数字输出。比特的数字输出。比特的数字输出。比特的数字输出。? ?讨论：讨论：讨论：讨论： 粗分所得粗分所得粗分所得粗分所得N1N1比特是结果高位，细分所得比特是结果高位，细分所得比特是结果高位，细分所得比特是结果高位，细分所得N2N2比特是低比特是低比特是低比特是低 位位位位。 每次转换要分两步，再加上每次转换要分两步，再加上每次转换要分两步，再加上每次转换要分两步，再加上DACDAC的建立时间和逻辑时的建立时间和逻辑时的建立时间和逻辑时的建立时间和逻辑时 间，两步型间，两步型间，两步型间，两步型ADCADC的转换速度显然要低于闪速型。但是分的转换速度显然要低于闪速型。但是分的转换速度显然要低于闪速型。但是分的转换速度显然要低于闪速型。但是分 辨率可以提高到辨率可以提高到辨率可以提高到辨率可以提高到10 bit10 bit以上。以上。以上。以上。69第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器 第一级粗分第一级粗分第一级粗分第一级粗分ADCADC和和和和DACDAC的建立时间及精度是限制两步型的建立时间及精度是限制两步型的建立时间及精度是限制两步型的建立时间及精度是限制两步型 ADCADC速度的主要瓶颈，如果建立时间不充分，将导致转速度的主要瓶颈，如果建立时间不充分，将导致转速度的主要瓶颈，如果建立时间不充分，将导致转速度的主要瓶颈，如果建立时间不充分，将导致转 换结果出现误差。现在两步型换结果出现误差。现在两步型换结果出现误差。现在两步型换结果出现误差。现在两步型ADCADC均采用数字校正技术均采用数字校正技术均采用数字校正技术均采用数字校正技术 来改善这一问题。来改善这一问题。来改善这一问题。来改善这一问题。http:/http:/wenku.baidu.comwenku.baidu.com/view/ /view/ 9d77e8c69ec3d5bbfd0a7477.html9d77e8c69ec3d5bbfd0a7477.html 用于用于用于用于e(te(t) )放大的放大器增益放大的放大器增益放大的放大器增益放大的放大器增益2 2MM应根据应根据应根据应根据N2N2比特比特比特比特ADCADC所允许所允许所允许所允许 的输入模拟信号范围（最大量程）而定。若第一级除量的输入模拟信号范围（最大量程）而定。若第一级除量的输入模拟信号范围（最大量程）而定。若第一级除量的输入模拟信号范围（最大量程）而定。若第一级除量 化噪声以外没有其它误差，对于舍入型量化，化噪声以外没有其它误差，对于舍入型量化，化噪声以外没有其它误差，对于舍入型量化，化噪声以外没有其它误差，对于舍入型量化， 有：有：有：有：其中其中其中其中V VFSR1FSR1是第一级是第一级是第一级是第一级ADCADC的最大量程。的最大量程。的最大量程。的最大量程。应将应将应将应将| |e(t)|maxe(t)|max放大放大放大放大 到恰好达到第二级到恰好达到第二级到恰好达到第二级到恰好达到第二级ADCADC的最大量程的最大量程的最大量程的最大量程V VFSR2FSR2，否则会产生非，否则会产生非，否则会产生非，否则会产生非 线性和失码（单调性）误差。因此，应根据下式确定线性和失码（单调性）误差。因此，应根据下式确定线性和失码（单调性）误差。因此，应根据下式确定线性和失码（单调性）误差。因此，应根据下式确定2 2MM122N?FSR11VV)(21teFSR1FSR2+FSR1FSR2FSR2VV×=VV××=V=1N1N1M2222max| )t(e|122N×V=)(FSR1max|te|70第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC? 将两步型将两步型将两步型将两步型ADCADC的思想进一步扩展，将多个低分辨率的的思想进一步扩展，将多个低分辨率的的思想进一步扩展，将多个低分辨率的的思想进一步扩展，将多个低分辨率的 闪速闪速闪速闪速ADCADC按照流水线作业方式，按照流水线作业方式，按照流水线作业方式，按照流水线作业方式，“ “组装组装组装组装” ”成一个高分辨成一个高分辨成一个高分辨成一个高分辨 率的率的率的率的ADCADC。其系统结构如下：。其系统结构如下：。其系统结构如下：。其系统结构如下：高分辨率高分辨率结果输出结果输出ui(t)Output Register and Combination logicStage1Stage2StageM-1StageMK bitK bitK bitK bit流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC结构结构结构结构71每个每个每个每个stagestage的内的内的内的内 部组成与结构部组成与结构部组成与结构部组成与结构Stage iStage i内部结构内部结构内部结构内部结构K bitADCK bitDAC×× 2K+1xi(t)xo(t)级间放大器级间放大器采样采样保持器保持器第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC的优点的优点的优点的优点? 每一级都具有各自独立的采样保持器。因此，允许流每一级都具有各自独立的采样保持器。因此，允许流每一级都具有各自独立的采样保持器。因此，允许流每一级都具有各自独立的采样保持器。因此，允许流 水线各级同时并行处理，从而提高了转换速度。在分水线各级同时并行处理，从而提高了转换速度。在分水线各级同时并行处理，从而提高了转换速度。在分水线各级同时并行处理，从而提高了转换速度。在分 辨率相同的情况下，电路规模及功耗大大降低。辨率相同的情况下，电路规模及功耗大大降低。辨率相同的情况下，电路规模及功耗大大降低。辨率相同的情况下，电路规模及功耗大大降低。? 每一级输出每一级输出每一级输出每一级输出KbitKbit，其中最后一，其中最后一，其中最后一，其中最后一bitbit是冗余位，目的是优是冗余位，目的是优是冗余位，目的是优是冗余位，目的是优 化重叠误差的纠正效果。化重叠误差的纠正效果。化重叠误差的纠正效果。化重叠误差的纠正效果。?流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC的不足的不足的不足的不足? 流水线结构与生俱来的缺点是存在流水线结构与生俱来的缺点是存在流水线结构与生俱来的缺点是存在流水线结构与生俱来的缺点是存在“ “流水延迟流水延迟流水延迟流水延迟” ”，输入，输入，输入，输入 信号必须信号必须信号必须信号必须“ “穿过穿过穿过穿过” ”多级电路才能形成输出（注意：有延多级电路才能形成输出（注意：有延多级电路才能形成输出（注意：有延多级电路才能形成输出（注意：有延 迟并不意味着速度慢）。迟并不意味着速度慢）。迟并不意味着速度慢）。迟并不意味着速度慢）。? 因为要同步所有的输出，对锁存定时有严格的要求；因为要同步所有的输出，对锁存定时有严格的要求；因为要同步所有的输出，对锁存定时有严格的要求；因为要同步所有的输出，对锁存定时有严格的要求； 对工艺缺陷和印刷线路板也较敏感，因为这些将会影对工艺缺陷和印刷线路板也较敏感，因为这些将会影对工艺缺陷和印刷线路板也较敏感，因为这些将会影对工艺缺陷和印刷线路板也较敏感，因为这些将会影 响到增益非线性、零点失调及其它参数。此外基准电响到增益非线性、零点失调及其它参数。此外基准电响到增益非线性、零点失调及其它参数。此外基准电响到增益非线性、零点失调及其它参数。此外基准电 路和偏置结构也较复杂。路和偏置结构也较复杂。路和偏置结构也较复杂。路和偏置结构也较复杂。72第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ?流水线型流水线型流水线型流水线型ADCADC的改进：的改进：的改进：的改进：1) 1) 进一步提高速度进一步提高速度进一步提高速度进一步提高速度。许多提高。许多提高。许多提高。许多提高CPUCPU处理速度的技术也可用处理速度的技术也可用处理速度的技术也可用处理速度的技术也可用 于提高于提高于提高于提高ADCADC的转换速度。例如时间交织技术，其思想是的转换速度。例如时间交织技术，其思想是的转换速度。例如时间交织技术，其思想是的转换速度。例如时间交织技术，其思想是 采用多条流水线在时间上交错并行工作。例如，两条流采用多条流水线在时间上交错并行工作。例如，两条流采用多条流水线在时间上交错并行工作。例如，两条流采用多条流水线在时间上交错并行工作。例如，两条流 水线乒乓交替工作，可将速度提高一倍。但并行的流水水线乒乓交替工作，可将速度提高一倍。但并行的流水水线乒乓交替工作，可将速度提高一倍。但并行的流水水线乒乓交替工作，可将速度提高一倍。但并行的流水 线数量不能太多，否则会大大增加芯片面积和功耗，此线数量不能太多，否则会大大增加芯片面积和功耗，此线数量不能太多，否则会大大增加芯片面积和功耗，此线数量不能太多，否则会大大增加芯片面积和功耗，此 外各通路之间需要高度匹配，在工艺上很难实现。并行外各通路之间需要高度匹配，在工艺上很难实现。并行外各通路之间需要高度匹配，在工艺上很难实现。并行外各通路之间需要高度匹配，在工艺上很难实现。并行 流水线的数量一般为流水线的数量一般为流水线的数量一般为流水线的数量一般为4 4条。条。条。条。2) 2) 精度方面的改进精度方面的改进精度方面的改进精度方面的改进。采用数字校准技术，先将校准周期内。采用数字校准技术，先将校准周期内。采用数字校准技术，先将校准周期内。采用数字校准技术，先将校准周期内 测量的误差存在存储器中，然后在正常转换周期内，通测量的误差存在存储器中，然后在正常转换周期内，通测量的误差存在存储器中，然后在正常转换周期内，通测量的误差存在存储器中，然后在正常转换周期内，通 过查找和比对，对模拟电路的失调及非线性误差等进行过查找和比对，对模拟电路的失调及非线性误差等进行过查找和比对，对模拟电路的失调及非线性误差等进行过查找和比对，对模拟电路的失调及非线性误差等进行 校正，并对各并行通道之间增益和失调电压的失配进行校正，并对各并行通道之间增益和失调电压的失配进行校正，并对各并行通道之间增益和失调电压的失配进行校正，并对各并行通道之间增益和失调电压的失配进行 补偿，形成高精度转换结果。数字校准技术可在补偿，形成高精度转换结果。数字校准技术可在补偿，形成高精度转换结果。数字校准技术可在补偿，形成高精度转换结果。数字校准技术可在1010比特比特比特比特 的器件匹配精度下，获得的器件匹配精度下，获得的器件匹配精度下，获得的器件匹配精度下，获得1414比特的转换精度。比特的转换精度。比特的转换精度。比特的转换精度。73第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器七、插值、折叠与折叠插值型七、插值、折叠与折叠插值型七、插值、折叠与折叠插值型七、插值、折叠与折叠插值型ADCADC1、插值（、插值（interpolating）结构）结构ADC?( (回顾回顾回顾回顾) )在闪速型在闪速型在闪速型在闪速型ADCADC中，若两个相邻的量化比较电平分中，若两个相邻的量化比较电平分中，若两个相邻的量化比较电平分中，若两个相邻的量化比较电平分 别为别为别为别为V Vi i和和和和V Vi+1i+1，至少在数学上存在，至少在数学上存在，至少在数学上存在，至少在数学上存在VmVm =(V=(Vi i+V+Vi+1i+1)/2)/2，VmVm 称为插值电平称为插值电平称为插值电平称为插值电平。如果能将输入模拟信号。如果能将输入模拟信号。如果能将输入模拟信号。如果能将输入模拟信号u ui i(t (t) )与与与与VmVm之间的之间的之间的之间的 大小关系进行比较大小关系进行比较大小关系进行比较大小关系进行比较，则实际上在相邻两个量化分层之间，则实际上在相邻两个量化分层之间，则实际上在相邻两个量化分层之间，则实际上在相邻两个量化分层之间 额外增加了一个分层，相当于分辨率提高了一个额外增加了一个分层，相当于分辨率提高了一个额外增加了一个分层，相当于分辨率提高了一个额外增加了一个分层，相当于分辨率提高了一个bitbit。V VX1X1V VY1Y1V VX2X2V VY2Y2V Vi iV Vi+1i+1CiCiCi+1Ci+1ui(t)? 假设图中比较器假设图中比较器假设图中比较器假设图中比较器CiCi输出输出输出输出V VX1X1和和和和V VY1Y1 与输入之间存在以下关系：与输入之间存在以下关系：与输入之间存在以下关系：与输入之间存在以下关系：当当当当u ui i(t (t) < ) < V Vi i时，有时，有时，有时，有V VX1X1>V>VY1Y1当当当当u ui i(t (t) > ) > V Vi i时，有时，有时，有时，有V VX1X1<V<VY1Y1考察考察考察考察ui(t)在在在在V Vi i和和和和V Vi+1i+1附近变化时附近变化时附近变化时附近变化时 可能出现的几种情况可能出现的几种情况可能出现的几种情况可能出现的几种情况比较比较 电平电平74第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?再假设两个相邻比较器再假设两个相邻比较器再假设两个相邻比较器再假设两个相邻比较器C Ci i和和和和C Ci+1i+1都是零漂移的，且特性一都是零漂移的，且特性一都是零漂移的，且特性一都是零漂移的，且特性一 致。将两个比较器的输出随致。将两个比较器的输出随致。将两个比较器的输出随致。将两个比较器的输出随u ui i(t (t) )变化情况用下图表示，以变化情况用下图表示，以变化情况用下图表示，以变化情况用下图表示，以 便更好地理解插值结构的原理。从图中可以看出：便更好地理解插值结构的原理。从图中可以看出：便更好地理解插值结构的原理。从图中可以看出：便更好地理解插值结构的原理。从图中可以看出：?当当当当u ui i(t (t)<)<V Vi i时，时，时，时，V VX1X1> >V VY1Y1；当当当当u ui i(t (t)>)>V Vi i时，有时，有时，有时，有V VX1X1<V<VY1Y1； V VX1X1和和和和 V VY1Y1之间的极性发生了翻转，之间的极性发生了翻转，之间的极性发生了翻转，之间的极性发生了翻转，V Vi i是是是是翻转点翻转点翻转点翻转点。同样，。同样，。同样，。同样，?当当当当u ui i(t (t)<)<V Vi+1i+1时，时，时，时，V VX2X2> >V VY2Y2；当；当；当；当u ui i(t (t)>)>V Vi+1i+1时，时，时，时，V VX2X2< <V VY2Y2，V VX2X2 和和和和V VY2Y2之间的极性也发生了翻转，之间的极性也发生了翻转，之间的极性也发生了翻转，之间的极性也发生了翻转，V Vi+1i+1是另一个翻转点是另一个翻转点是另一个翻转点是另一个翻转点。?还有其它还有其它还有其它还有其它“ “翻转点翻转点翻转点翻转点” ”吗？吗？吗？吗？VX1VX2VY2VY1ui(t)ViVi+1Vm?不难看出，若考察不难看出，若考察不难看出，若考察不难看出，若考察V VX2X2和和和和 V VY1Y1之间的极性关系，则之间的极性关系，则之间的极性关系，则之间的极性关系，则 VmVm也是一个也是一个也是一个也是一个翻转点翻转点翻转点翻转点！?这就是插值结构这就是插值结构这就是插值结构这就是插值结构ADCADC的的的的 工作原理。工作原理。工作原理。工作原理。75第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器V VX1X1V VY1Y1V VX2X2V VY2Y2V Vi iV Vi+1i+1CiCiCi+1Ci+1ui(t)锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器V VX0X0V VY0Y0V Vi i- -1 1CiCi- -1 1锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器锁存器?插值结构插值结构插值结构插值结构ADCADC原理如图原理如图原理如图原理如图?分辨率为分辨率为分辨率为分辨率为n n比特的插值结构比特的插值结构比特的插值结构比特的插值结构 ADCADC中，锁存器数量仍然还中，锁存器数量仍然还中，锁存器数量仍然还中，锁存器数量仍然还 是是是是2 2n n- -1 1个，个，个，个，但比较器数量只但比较器数量只但比较器数量只但比较器数量只 是闪速型是闪速型是闪速型是闪速型ADCADC的的的的50%50%。?右图电路相当于将原来量阶右图电路相当于将原来量阶右图电路相当于将原来量阶右图电路相当于将原来量阶 进行进行进行进行2 2等分，插值因子为等分，插值因子为等分，插值因子为等分，插值因子为2 2。 利用分压电阻和增加锁存器利用分压电阻和增加锁存器利用分压电阻和增加锁存器利用分压电阻和增加锁存器 可以提高插值因子。目前技可以提高插值因子。目前技可以提高插值因子。目前技可以提高插值因子。目前技 术水平能够实现的最大插值术水平能够实现的最大插值术水平能够实现的最大插值术水平能够实现的最大插值 因子是因子是因子是因子是4 4。比较器的数量减。比较器的数量减。比较器的数量减。比较器的数量减 少至少至少至少至1/41/4。76第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、折叠（、折叠（、折叠（、折叠（foldingfolding）结构）结构）结构）结构ADCADC? 两步型两步型两步型两步型ADCADC带来的启发带来的启发带来的启发带来的启发 . .? 在两步型在两步型在两步型在两步型ADCADC中，先量化高比特（粗分），然后再量中，先量化高比特（粗分），然后再量中，先量化高比特（粗分），然后再量中，先量化高比特（粗分），然后再量 化低比特（细分或精分）。两步型的高位和低位的获化低比特（细分或精分）。两步型的高位和低位的获化低比特（细分或精分）。两步型的高位和低位的获化低比特（细分或精分）。两步型的高位和低位的获 取在时间上有先后顺序取在时间上有先后顺序取在时间上有先后顺序取在时间上有先后顺序, ,虽然减少了所需的比较器数虽然减少了所需的比较器数虽然减少了所需的比较器数虽然减少了所需的比较器数 量，但是增加了转换时间。量，但是增加了转换时间。量，但是增加了转换时间。量，但是增加了转换时间。? 两步型两步型两步型两步型ADCADC的原理可以如下理解：的原理可以如下理解：的原理可以如下理解：的原理可以如下理解：在值域上将信号量在值域上将信号量在值域上将信号量在值域上将信号量 程程程程FSRFSR划分为划分为划分为划分为2 2N1N1个子区间，个子区间，个子区间，个子区间，“ “粗分粗分粗分粗分” ”等同于判断模拟信等同于判断模拟信等同于判断模拟信等同于判断模拟信 号号号号“ “落在哪个子区间落在哪个子区间落在哪个子区间落在哪个子区间” ”，得到的，得到的，得到的，得到的N1N1比特结果是子区间的比特结果是子区间的比特结果是子区间的比特结果是子区间的 序号；序号；序号；序号； “ “细分细分细分细分” ”是在该子区间内，对信号与该子区间的是在该子区间内，对信号与该子区间的是在该子区间内，对信号与该子区间的是在该子区间内，对信号与该子区间的 起点值之差进行量化。起点值之差进行量化。起点值之差进行量化。起点值之差进行量化。? 还有其他方法对模拟信号进行还有其他方法对模拟信号进行还有其他方法对模拟信号进行还有其他方法对模拟信号进行“ “粗分粗分粗分粗分” ”吗吗吗吗? ?77第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器With Folding折叠后折叠后折叠后折叠后No Folding未折叠未折叠未折叠未折叠? ? 模拟信号的折叠模拟信号的折叠模拟信号的折叠模拟信号的折叠? 将将将将V VFSRFSR划分成若干个子区间，例如分为划分成若干个子区间，例如分为划分成若干个子区间，例如分为划分成若干个子区间，例如分为4 4个，每个子区个，每个子区个，每个子区个，每个子区 间大小均为间大小均为间大小均为间大小均为V VR1R1 =V=VFSRFSR /4/4。? 假如可以构造出具有如下特性的假如可以构造出具有如下特性的假如可以构造出具有如下特性的假如可以构造出具有如下特性的“ “折叠折叠折叠折叠” ”放大器，将原放大器，将原放大器，将原放大器，将原 来幅度范围为来幅度范围为来幅度范围为来幅度范围为0V0VFSRFSR的模拟信号都折叠到的模拟信号都折叠到的模拟信号都折叠到的模拟信号都折叠到0V0VR1R1。VFSR? ? 折叠结构折叠结构折叠结构折叠结构ADCADC原理原理原理原理? u ui i (t (t) )不需不需不需不需S/HS/H，直接，直接，直接，直接 由由由由粗分粗分粗分粗分ADCADC得到子得到子得到子得到子 区间序号区间序号区间序号区间序号N1N1；同时；同时；同时；同时 u ui i (t (t) )送到折叠电路，送到折叠电路，送到折叠电路，送到折叠电路， 被被被被全部全部全部全部折叠到折叠到折叠到折叠到0V0VR1R1 子区间，再经过子区间，再经过子区间，再经过子区间，再经过“ “细细细细 分分分分” ”得到得到得到得到N2N2。ui(tui(t) )uo(tuo(t) )VR12VR13VR104VR178第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器CoarseFlash ADCFineFlash ADCFolderui(tui(t) )N1子区间序号子区间序号N2低位结果低位结果? ? 特点：特点：特点：特点：?与两步型相比，相同分辨率所需的比较器数相同；取与两步型相比，相同分辨率所需的比较器数相同；取与两步型相比，相同分辨率所需的比较器数相同；取与两步型相比，相同分辨率所需的比较器数相同；取 消了采样保持器、消了采样保持器、消了采样保持器、消了采样保持器、DACDAC和减法器；和减法器；和减法器；和减法器；N1N1和和和和N2N2几乎同时几乎同时几乎同时几乎同时 （若不考虑折叠电路的时延）被量化，提高了速度。（若不考虑折叠电路的时延）被量化，提高了速度。（若不考虑折叠电路的时延）被量化，提高了速度。（若不考虑折叠电路的时延）被量化，提高了速度。?折叠因子（子区间的数量）折叠因子（子区间的数量）折叠因子（子区间的数量）折叠因子（子区间的数量）n n可以取可以取可以取可以取2 2、4 4、8 8或者更或者更或者更或者更 大。例如，大。例如，大。例如，大。例如，n n取取取取8 8，N1N1为为为为3bit3bit，N2N2取取取取5bit5bit，只需，只需，只需，只需 8+32=408+32=40个比较器可获得个比较器可获得个比较器可获得个比较器可获得8bit8bit的分辨率。的分辨率。的分辨率。的分辨率。?但是折叠电路的带宽必须是但是折叠电路的带宽必须是但是折叠电路的带宽必须是但是折叠电路的带宽必须是u ui i (t (t) )的的的的N1N1倍。这是因为当倍。这是因为当倍。这是因为当倍。这是因为当 u ui i (t (t) )从从从从0 0变化到变化到变化到变化到V VFSRFSR一次，折叠器输出要从一次，折叠器输出要从一次，折叠器输出要从一次，折叠器输出要从0 0到到到到V VR1R1变化变化变化变化 N1N1次。因此在高速应用时，次。因此在高速应用时，次。因此在高速应用时，次。因此在高速应用时，N1N1一般取一般取一般取一般取2424。折叠型折叠型折叠型折叠型ADCADCADCADC系统结构系统结构系统结构系统结构79第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 理想情况：希望折叠器的大特性曲线为锯齿波，但难以理想情况：希望折叠器的大特性曲线为锯齿波，但难以理想情况：希望折叠器的大特性曲线为锯齿波，但难以理想情况：希望折叠器的大特性曲线为锯齿波，但难以 实现。实现。实现。实现。因此，实际电路是用因此，实际电路是用因此，实际电路是用因此，实际电路是用GilbertGilbert正弦信号发生器获得正弦信号发生器获得正弦信号发生器获得正弦信号发生器获得 如图所示的三角波型放大特性。如图所示的三角波型放大特性。如图所示的三角波型放大特性。如图所示的三角波型放大特性。?由于放大器的非线由于放大器的非线由于放大器的非线由于放大器的非线 性，导致折叠器的非性，导致折叠器的非性，导致折叠器的非性，导致折叠器的非 线性（不是理想三角线性（不是理想三角线性（不是理想三角线性（不是理想三角 波），严重制约了简波），严重制约了简波），严重制约了简波），严重制约了简 单折叠结构应用。单折叠结构应用。单折叠结构应用。单折叠结构应用。?注意到特性曲线的中注意到特性曲线的中注意到特性曲线的中注意到特性曲线的中 间仍保持了良好的线间仍保持了良好的线间仍保持了良好的线间仍保持了良好的线 性。能否设法将此处性。能否设法将此处性。能否设法将此处性。能否设法将此处 做为量化比较电平做为量化比较电平做为量化比较电平做为量化比较电平 （也就是（也就是（也就是（也就是比较器比较器比较器比较器输入输入输入输入 的过零点处）？的过零点处）？的过零点处）？的过零点处）？三角波三角波三角波三角波 折叠折叠折叠折叠锯齿波折叠锯齿波折叠锯齿波折叠锯齿波折叠u ui i(t (t) )u ui i(t (t) )u uo o(t (t) )u uo o(t (t) )非线性非线性非线性非线性u ui i(t (t) )N1u uo o(t (t) )近似线近似线近似线近似线 性段性段性段性段80结果应调整结果应调整结果应调整结果应调整第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?一种解决方案：使用一种解决方案：使用一种解决方案：使用一种解决方案：使用多个多个多个多个折折折折 叠电路，每个折叠器的参考叠电路，每个折叠器的参考叠电路，每个折叠器的参考叠电路，每个折叠器的参考 电压彼此相差一个偏移量电压彼此相差一个偏移量电压彼此相差一个偏移量电压彼此相差一个偏移量 d d，如果折叠器数目足够，如果折叠器数目足够，如果折叠器数目足够，如果折叠器数目足够 多，可使得多，可使得多，可使得多，可使得d =d =V V。 每个每个每个每个 折叠电路特性曲线的中点对折叠电路特性曲线的中点对折叠电路特性曲线的中点对折叠电路特性曲线的中点对 应一个比较器的输入过零应一个比较器的输入过零应一个比较器的输入过零应一个比较器的输入过零 点，电路如图所示。点，电路如图所示。点，电路如图所示。点，电路如图所示。?当输入信号当输入信号当输入信号当输入信号uiui大于某个折叠大于某个折叠大于某个折叠大于某个折叠 器特性曲线的中点（量化比器特性曲线的中点（量化比器特性曲线的中点（量化比器特性曲线的中点（量化比 较电平），对应的比较器输较电平），对应的比较器输较电平），对应的比较器输较电平），对应的比较器输 出出出出1 1，否则输出，否则输出，否则输出，否则输出0 0。81VREFComp+_Cf-1FoldingCircuit f-1Comp+_Cf-2FoldingCircuit f-2Comp+_Cf-4FoldingCircuit f-4Comp+_Cf-3FoldingCircuit f-3Comp+_C1FoldingCircuit 1Comp+_C0FoldingCircuit 0 ui(tui(t) )参参参参考考考考电电电电压压压压网网网网络络络络第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?这种方法从理论上可完全消除折叠电路的非线性影响。这种方法从理论上可完全消除折叠电路的非线性影响。这种方法从理论上可完全消除折叠电路的非线性影响。这种方法从理论上可完全消除折叠电路的非线性影响。?但是，假如细分但是，假如细分但是，假如细分但是，假如细分ADCADC的的的的N2N2为为为为5 5比特，则需要使用比特，则需要使用比特，则需要使用比特，则需要使用3232个折个折个折个折 叠器，这又违背了减少模拟电路规模的初衷。过多的折叠器，这又违背了减少模拟电路规模的初衷。过多的折叠器，这又违背了减少模拟电路规模的初衷。过多的折叠器，这又违背了减少模拟电路规模的初衷。过多的折 叠器不仅电路复杂、规模庞大和功耗增加，而且还会严叠器不仅电路复杂、规模庞大和功耗增加，而且还会严叠器不仅电路复杂、规模庞大和功耗增加，而且还会严叠器不仅电路复杂、规模庞大和功耗增加，而且还会严 重限制输入信号的带宽。重限制输入信号的带宽。重限制输入信号的带宽。重限制输入信号的带宽。?怎样才能减少折叠器的数量？怎样才能减少折叠器的数量？怎样才能减少折叠器的数量？怎样才能减少折叠器的数量？?折叠插值（折叠插值（折叠插值（折叠插值（folding with interpolationfolding with interpolationfolding with interpolationfolding with interpolation）结构的思）结构的思）结构的思）结构的思 想：想：想：想：在相邻的折叠器输出之间串联电阻，用电压插值的在相邻的折叠器输出之间串联电阻，用电压插值的在相邻的折叠器输出之间串联电阻，用电压插值的在相邻的折叠器输出之间串联电阻，用电压插值的 方法增加折叠信号数目。插值电压数称为插值率。方法增加折叠信号数目。插值电压数称为插值率。方法增加折叠信号数目。插值电压数称为插值率。方法增加折叠信号数目。插值电压数称为插值率。dui(tui(t) )第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 插值率为插值率为插值率为插值率为2 2的折叠插值电路结构如图所示。的折叠插值电路结构如图所示。的折叠插值电路结构如图所示。的折叠插值电路结构如图所示。V VREFREF通过电通过电通过电通过电 阻分压网络为两个折叠器提供不同的参考电压；两个阻分压网络为两个折叠器提供不同的参考电压；两个阻分压网络为两个折叠器提供不同的参考电压；两个阻分压网络为两个折叠器提供不同的参考电压；两个 折叠器折叠器折叠器折叠器1 1和折叠器和折叠器和折叠器和折叠器2 2的输出之间，通过电阻分压产生比的输出之间，通过电阻分压产生比的输出之间，通过电阻分压产生比的输出之间，通过电阻分压产生比 较器输入所需的插值电压。较器输入所需的插值电压。较器输入所需的插值电压。较器输入所需的插值电压。? 受折叠器数量和系统带宽受折叠器数量和系统带宽受折叠器数量和系统带宽受折叠器数量和系统带宽 等限制因素，折叠插值型等限制因素，折叠插值型等限制因素，折叠插值型等限制因素，折叠插值型 ADCADC的分辨率不高，速度的分辨率不高，速度的分辨率不高，速度的分辨率不高，速度 略低于闪速型略低于闪速型略低于闪速型略低于闪速型ADCADC。大都。大都。大都。大都 使用使用使用使用4 4个折叠电路，插值个折叠电路，插值个折叠电路，插值个折叠电路，插值 率为率为率为率为8 8，提供，提供，提供，提供5bit5bit精细量化精细量化精细量化精细量化 和和和和3bit3bit的粗分量化，用的粗分量化，用的粗分量化，用的粗分量化，用4040 个比较器实现个比较器实现个比较器实现个比较器实现8bit8bit的分辨的分辨的分辨的分辨 率，并降低了功耗。率，并降低了功耗。率，并降低了功耗。率，并降低了功耗。电电阻阻分分压压网网络络Comp+_Comp+_Comp+_Comp+_C1C2C3C4FoldingCircuit 2FoldingCircuit 1VREF83第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器其它类型的高速其它类型的高速其它类型的高速其它类型的高速ADCADC简介简介简介简介? ? 正交镜像滤波器组正交镜像滤波器组正交镜像滤波器组正交镜像滤波器组ADCADC? 基于基于基于基于QMFQMF（QuadratureQuadrature Mirror Filter BankMirror Filter Bank，正交镜，正交镜，正交镜，正交镜 像滤波器组）的像滤波器组）的像滤波器组）的像滤波器组）的ADCADC先将输入模拟信号在时间上离散先将输入模拟信号在时间上离散先将输入模拟信号在时间上离散先将输入模拟信号在时间上离散 化，再用基于开关电容的化，再用基于开关电容的化，再用基于开关电容的化，再用基于开关电容的离散离散离散离散分析滤波器组对信号按分析滤波器组对信号按分析滤波器组对信号按分析滤波器组对信号按 频域进行分解，经过下采样、低速量化器和上采样器频域进行分解，经过下采样、低速量化器和上采样器频域进行分解，经过下采样、低速量化器和上采样器频域进行分解，经过下采样、低速量化器和上采样器 后，再经后，再经后，再经后，再经数字综合滤波器数字综合滤波器数字综合滤波器数字综合滤波器消除混叠，并最终合成数字消除混叠，并最终合成数字消除混叠，并最终合成数字消除混叠，并最终合成数字 信号。信号。信号。信号。M M 通道基于通道基于通道基于通道基于QMF QMF 的的的的ADCADC系统如系统如系统如系统如下页下页下页下页所示。所示。所示。所示。? 基于基于基于基于QMFQMF的的的的ADC ADC 系统可利用多个低速率的系统可利用多个低速率的系统可利用多个低速率的系统可利用多个低速率的ADC ADC 实现实现实现实现 较高速率的较高速率的较高速率的较高速率的A/DA/D转换。但是，开关电容将引入开关噪转换。但是，开关电容将引入开关噪转换。但是，开关电容将引入开关噪转换。但是，开关电容将引入开关噪 声，开关噪声限制系统的信噪比低于声，开关噪声限制系统的信噪比低于声，开关噪声限制系统的信噪比低于声，开关噪声限制系统的信噪比低于85 dB85 dB。开关电容。开关电容。开关电容。开关电容 结构也限制了结构也限制了结构也限制了结构也限制了ADC ADC 系统速度，其采样速率一般在几百系统速度，其采样速率一般在几百系统速度，其采样速率一般在几百系统速度，其采样速率一般在几百 k SPSk SPS以下。以下。以下。以下。84第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器基于正交镜像滤波器（QMF）组的ADC结构基于正交镜像滤波器（QMF）组的ADC结构? ? 混合滤波器组混合滤波器组混合滤波器组混合滤波器组ADC ADC 系统系统系统系统? 基于基于基于基于HFBHFB（Hybrid Filter BankHybrid Filter Bank，混合滤波器组）的，混合滤波器组）的，混合滤波器组）的，混合滤波器组）的 ADCADC是利用是利用是利用是利用模拟分解滤波器模拟分解滤波器模拟分解滤波器模拟分解滤波器将模拟输入信号分解为几将模拟输入信号分解为几将模拟输入信号分解为几将模拟输入信号分解为几 个频带，各个频带的信号再分别同时进行个频带，各个频带的信号再分别同时进行个频带，各个频带的信号再分别同时进行个频带，各个频带的信号再分别同时进行ADAD进行转进行转进行转进行转 换，转换结果再通过换，转换结果再通过换，转换结果再通过换，转换结果再通过数字综合滤波器数字综合滤波器数字综合滤波器数字综合滤波器进行重构。其中进行重构。其中进行重构。其中进行重构。其中 数字综合滤波器还用于抗混叠滤波。数字综合滤波器还用于抗混叠滤波。数字综合滤波器还用于抗混叠滤波。数字综合滤波器还用于抗混叠滤波。85第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 在基于在基于在基于在基于HFB HFB 的的的的ADC ADC 系统中，各路系统中，各路系统中，各路系统中，各路ADC ADC 同时采样，避免同时采样，避免同时采样，避免同时采样，避免 了时间交织式了时间交织式了时间交织式了时间交织式ADC ADC 系统中由于时钟延时引起的定时误系统中由于时钟延时引起的定时误系统中由于时钟延时引起的定时误系统中由于时钟延时引起的定时误 差；模拟分解滤波器采用连续时间的差；模拟分解滤波器采用连续时间的差；模拟分解滤波器采用连续时间的差；模拟分解滤波器采用连续时间的RLC RLC 电路，避免开电路，避免开电路，避免开电路，避免开 关电容引入的开关噪声。因此基于关电容引入的开关噪声。因此基于关电容引入的开关噪声。因此基于关电容引入的开关噪声。因此基于HFB HFB 的的的的ADC ADC 系统可系统可系统可系统可 实现高速、高分辨率的模实现高速、高分辨率的模实现高速、高分辨率的模实现高速、高分辨率的模/ /数转换。数转换。数转换。数转换。基于基于基于基于HFB HFB HFB HFB 的的的的ADCADCADCADC系统结构系统结构系统结构系统结构模拟分析滤波器组模拟分析滤波器组模拟分析滤波器组模拟分析滤波器组数字综合滤波器组数字综合滤波器组数字综合滤波器组数字综合滤波器组86第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4.3 4.3 典型典型典型典型ADCADC芯片及应用举例芯片及应用举例芯片及应用举例芯片及应用举例一、一、一、一、ADC0808/0809ADC0808/0809、ADC0816/0817ADC0816/08171 1、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标? CMOSCMOS工艺，工艺，工艺，工艺，SARSAR型型型型8bit8bit分辨率，输出三态，与分辨率，输出三态，与分辨率，输出三态，与分辨率，输出三态，与TTLTTL电电电电 平兼容；平兼容；平兼容；平兼容；? ADC0808/0809ADC0808/0809内带内带内带内带8 8选选选选1 1模拟多路开关（模拟多路开关（模拟多路开关（模拟多路开关（MUX MUX MultiplexerMultiplexer）；）；）；）；ADC0816/0817ADC0816/0817内带内带内带内带1616选选选选1MUX1MUX。? 精度：精度：精度：精度：ADC0808ADC0808与与与与ADC0816ADC0816总误差总误差总误差总误差±±±±0.5LSB0.5LSB， ADC0809ADC0809和和和和ADC0817ADC0817总误差总误差总误差总误差±±±±1LSB1LSB；? 转换速度：与时钟转换速度：与时钟转换速度：与时钟转换速度：与时钟TcTc有关，有关，有关，有关，TcmaxTcmax1280KHz1280KHz时，时，时，时， TconvTconv50us50us；TcTc640KHz640KHz时，时，时，时，TconvTconv100us100us。? 低功耗（低功耗（低功耗（低功耗（15mW15mW），单一），单一），单一），单一 +5V+5V供电，外接参考电源。供电，外接参考电源。供电，外接参考电源。供电，外接参考电源。87第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、内部结构（、内部结构（、内部结构（、内部结构（ADC0808/0809ADC0808/0809）88第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ADDCADDCADDAADDA8 8路模拟开关的路模拟开关的路模拟开关的路模拟开关的3 3位地址选通输入位地址选通输入位地址选通输入位地址选通输入 端，以选择对应的输入通道，所以又称为端，以选择对应的输入通道，所以又称为端，以选择对应的输入通道，所以又称为端，以选择对应的输入通道，所以又称为通道地址通道地址通道地址通道地址信信信信 号。号。号。号。ADDCADDC为高位地址，为高位地址，为高位地址，为高位地址，ADDAADDA为低位地址。为低位地址。为低位地址。为低位地址。3 3、引脚功能（、引脚功能（、引脚功能（、引脚功能（ADC0808/0809ADC0808/0809）? ININ0 0ININ7 7 8 8路模拟输入信路模拟输入信路模拟输入信路模拟输入信 号。通过号。通过号。通过号。通过ADDCADDC、ADDBADDB和和和和 ADDC 3ADDC 3个地址译码选通一路。个地址译码选通一路。个地址译码选通一路。个地址译码选通一路。? STARTSTARTA/DA/D转换启动信转换启动信转换启动信转换启动信 号。号。号。号。STARTSTART为上升沿时，清除为上升沿时，清除为上升沿时，清除为上升沿时，清除 逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器SARSAR，下跳沿，下跳沿，下跳沿，下跳沿 启动启动启动启动ADCADC开始转换。开始转换。开始转换。开始转换。在在在在A/DA/D转换转换转换转换 期间，期间，期间，期间，STARTSTART应保持低电平。应保持低电平。应保持低电平。应保持低电平。? D D7 7D D0 0 8 8位数字量输出，位数字量输出，位数字量输出，位数字量输出，D7D7 为为为为MSBMSB，D0D0为为为为LSBLSB。89第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?ALEALE地址锁存允许信号地址锁存允许信号地址锁存允许信号地址锁存允许信号? ? ALEALE的上升沿将的上升沿将的上升沿将的上升沿将ADDCADDCADDAADDA锁入内部的地址锁存器。锁入内部的地址锁存器。锁入内部的地址锁存器。锁入内部的地址锁存器。 因此在因此在因此在因此在ALEALE上升沿到来之前，用于上升沿到来之前，用于上升沿到来之前，用于上升沿到来之前，用于MUXMUX某路模拟信号选通某路模拟信号选通某路模拟信号选通某路模拟信号选通 控制的地址信号应该稳定。控制的地址信号应该稳定。控制的地址信号应该稳定。控制的地址信号应该稳定。? ? ALEALE常和常和常和常和STARTSTART信号连在一起，当信号连在一起，当信号连在一起，当信号连在一起，当STARTSTART和和和和ALEALE为高电为高电为高电为高电 平时，清除逐次逼近寄存器平时，清除逐次逼近寄存器平时，清除逐次逼近寄存器平时，清除逐次逼近寄存器SARSAR，切换某路模拟输入；当，切换某路模拟输入；当，切换某路模拟输入；当，切换某路模拟输入；当 变为低电平后启动变为低电平后启动变为低电平后启动变为低电平后启动ADAD转换，同时可切换新的地址信号。转换，同时可切换新的地址信号。转换，同时可切换新的地址信号。转换，同时可切换新的地址信号。?EOCEOC转换结束信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号? ? STARTSTART上升沿后，最多经过上升沿后，最多经过上升沿后，最多经过上升沿后，最多经过8 8个个个个T TCLKCLK ( (时钟周期时钟周期时钟周期时钟周期) +2) +2s s， EOCEOC信号变为低电平；再经过信号变为低电平；再经过信号变为低电平；再经过信号变为低电平；再经过6464个时钟周期后个时钟周期后个时钟周期后个时钟周期后EOCEOC信号变信号变信号变信号变 为高电平，表示转换结束。为高电平，表示转换结束。为高电平，表示转换结束。为高电平，表示转换结束。? ? EOCEOC信号可作为信号可作为信号可作为信号可作为CPUCPU的中断请求或的中断请求或的中断请求或的中断请求或DMADMA传送请求信号，传送请求信号，传送请求信号，传送请求信号， 可作为状态信号供可作为状态信号供可作为状态信号供可作为状态信号供CPUCPU查询转换是否结束。查询转换是否结束。查询转换是否结束。查询转换是否结束。90第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? OEOE输出允许信号。该信号为高电平时，打开输出缓输出允许信号。该信号为高电平时，打开输出缓输出允许信号。该信号为高电平时，打开输出缓输出允许信号。该信号为高电平时，打开输出缓 冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为冲器三态门，转换结果输出到数据总线上；当该信号为 低电平时，输出数据线呈高阻态。在中断方式下，低电平时，输出数据线呈高阻态。在中断方式下，低电平时，输出数据线呈高阻态。在中断方式下，低电平时，输出数据线呈高阻态。在中断方式下，CPUCPU 发出的中断请求响应信号可作为发出的中断请求响应信号可作为发出的中断请求响应信号可作为发出的中断请求响应信号可作为OEOE信号。信号。信号。信号。? CLKCLK时钟输入信号，频率范围时钟输入信号，频率范围时钟输入信号，频率范围时钟输入信号，频率范围:101280KHz:101280KHz，典型，典型，典型，典型 值为值为值为值为640KHz640KHz。当时钟频率为。当时钟频率为。当时钟频率为。当时钟频率为1280kHz1280kHz时，转换速率为时，转换速率为时，转换速率为时，转换速率为 5050s s（最快）；当时钟频率为（最快）；当时钟频率为（最快）；当时钟频率为（最快）；当时钟频率为640kHz640kHz时，转换速率为时，转换速率为时，转换速率为时，转换速率为 100100s s（典型）。（典型）。（典型）。（典型）。? U UR R (+)(+)，U UR R ( () )精密参考电压输入。精密参考电压输入。精密参考电压输入。精密参考电压输入。? ? 单极性转换时，通常单极性转换时，通常单极性转换时，通常单极性转换时，通常U UR R( () )作为模拟地作为模拟地作为模拟地作为模拟地AGNDAGND，U UR R(+)(+)就是就是就是就是 FSRFSR。例如：当。例如：当。例如：当。例如：当UR(+)UR(+)5V5V时，则输入模拟信号的幅度应时，则输入模拟信号的幅度应时，则输入模拟信号的幅度应时，则输入模拟信号的幅度应 控制在控制在控制在控制在 0 05V5V之间。之间。之间。之间。? ? 双极性转换时，输入模拟信号幅度范围为双极性转换时，输入模拟信号幅度范围为双极性转换时，输入模拟信号幅度范围为双极性转换时，输入模拟信号幅度范围为U UR R( (- -) )U UR R(+)(+)。91第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、工作时序、工作时序、工作时序、工作时序时钟时钟STARTALE地址地址模拟输入模拟输入内部比较内部比较器输入器输入OEEOCD7D0要求模拟输入稳定期要求模拟输入稳定期稳定地址稳定地址三态高阻三态高阻2s+8TCLK92第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器5 5、与微机系统的连接（接口方式）、与微机系统的连接（接口方式）、与微机系统的连接（接口方式）、与微机系统的连接（接口方式）控制信号：控制信号：控制信号：控制信号：STARTSTART、ALEALE、ADDCADDCADDAADDA、OEOE状态信号：状态信号：状态信号：状态信号：EOCEOC常用以下两种连接方式：常用以下两种连接方式：常用以下两种连接方式：常用以下两种连接方式：? 直接相连直接相连直接相连直接相连：适用于带有三态锁存输出的：适用于带有三态锁存输出的：适用于带有三态锁存输出的：适用于带有三态锁存输出的ADCADC芯片；芯片；芯片；芯片；? 通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连：不仅适用于不带三态锁存器的：不仅适用于不带三态锁存器的：不仅适用于不带三态锁存器的：不仅适用于不带三态锁存器的 ADCADC芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片。芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片。芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片。芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片。EOCEOC转换结束信号的处理转换结束信号的处理转换结束信号的处理转换结束信号的处理 查询方式查询方式查询方式查询方式把把把把EOCEOC作为状态信号作为状态信号作为状态信号作为状态信号 中断方式中断方式中断方式中断方式把把把把EOCEOC作为中断请求信号作为中断请求信号作为中断请求信号作为中断请求信号 延时方式延时方式延时方式延时方式不使用转换结束信号，软件延时不使用转换结束信号，软件延时不使用转换结束信号，软件延时不使用转换结束信号，软件延时 DMADMA方式方式方式方式把把把把EOCEOC作为作为作为作为DMADMA请求信号请求信号请求信号请求信号93第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 直接与微机总线相连（方案一）直接与微机总线相连（方案一）直接与微机总线相连（方案一）直接与微机总线相连（方案一）? 只占用只占用只占用只占用1 1个端口地址，读写同址。个端口地址，读写同址。个端口地址，读写同址。个端口地址，读写同址。? “ “写写写写” ”信号启动转换，由写入内容信号启动转换，由写入内容信号启动转换，由写入内容信号启动转换，由写入内容D2D2D0D0选择通道。选择通道。选择通道。选择通道。? 读操作读取转换结果。读操作读取转换结果。读操作读取转换结果。读操作读取转换结果。CCV)(REFV?)(REFV?GNDOEALESTARTADDCADDBADDA0D7DEOC70ININV5?译码器译码器0D1D2DIORIOW0A7A0D7D1Y1#2#中断请求中断请求V000. 5?AGNDDGNDCLOCK 模拟输入模拟输入利用写入数利用写入数 据选择通道据选择通道94第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 直接与微机总线相连（方案二）直接与微机总线相连（方案二）直接与微机总线相连（方案二）直接与微机总线相连（方案二）? 占用多个地址，低位地址信号选择通道。占用多个地址，低位地址信号选择通道。占用多个地址，低位地址信号选择通道。占用多个地址，低位地址信号选择通道。“ “写写写写” ”启动转换，由启动转换，由启动转换，由启动转换，由AD0AD2AD0AD2选择通道。选择通道。选择通道。选择通道。95第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连通过并行接口芯片相连? ADC0809ADC0809的的的的ALEALE、STARTSTART、EOCEOC、ADDCADDC、ADDBADDB、 ADDAADDA均通过均通过均通过均通过Intel 8255AIntel 8255A的口线进行控制。的口线进行控制。的口线进行控制。的口线进行控制。? 82558255初始化为：初始化为：初始化为：初始化为：A A口方式口方式口方式口方式0 0输入，输入，输入，输入，B B口方式口方式口方式口方式0 0输出，输出，输出，输出，PBPB2 2 PBPB0 0选择通道，选择通道，选择通道，选择通道，PCPC3 3 PCPC0 0输出，输出，输出，输出，PCPC7 7 PCPC4 4输入。输入。输入。输入。ALESTARTADDCADDBADDA0D7DEOC0809ADC0A1ACSIORIOW0D7DRDWR07DD0A1A7PC3PC2PB1PB0PBCCV)(REFV?)(REFV?GNDV5?V000. 5?AGNDDGND8255Intel7IN0INCLOCKOE0PCPA口PA口96第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器16选选1 模拟模拟 多路多路 开关开关IN0IN1IN15ADDAADDDADDBADDCALE比较器比较器ADC0816/0817ADC0816/0817模拟输入结构模拟输入结构模拟输入结构模拟输入结构6 6、ADC 0816/0817ADC 0816/0817简介简介简介简介? ADC0816/0817ADC0816/0817与与与与ADC0808/0809ADC0808/0809的区别是前者内部集的区别是前者内部集的区别是前者内部集的区别是前者内部集 成的是成的是成的是成的是1616选选选选1 1的的的的MUXMUX，因此有，因此有，因此有，因此有1616个模拟信号输入端，个模拟信号输入端，个模拟信号输入端，个模拟信号输入端， 地址信号也相应的有地址信号也相应的有地址信号也相应的有地址信号也相应的有ADDADDA A ADD ADDD D 4 4条。条。条。条。? 但是，在但是，在但是，在但是，在ADC0816/0817ADC0816/0817中，中，中，中，MUXMUX的输出和比较器的的输出和比较器的的输出和比较器的的输出和比较器的 输入没在芯片内部相连，在外部引出两个管脚输入没在芯片内部相连，在外部引出两个管脚输入没在芯片内部相连，在外部引出两个管脚输入没在芯片内部相连，在外部引出两个管脚MoMo和和和和 CiCi，这是为什么？，这是为什么？，这是为什么？，这是为什么？? 为提高系统通过速为提高系统通过速为提高系统通过速为提高系统通过速 率，率，率，率，SARSAR型型型型ADCADC的的的的 前端必须接采样保前端必须接采样保前端必须接采样保前端必须接采样保 持器。这样设计便持器。这样设计便持器。这样设计便持器。这样设计便 于在于在于在于在MUXMUX和和和和ADCADC之之之之 间接间接间接间接S/HS/H电路。电路。电路。电路。地址锁地址锁 存译码存译码ExpansionControlMoCi97第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 引脚引脚引脚引脚Expansion ControlExpansion Control的作用的作用的作用的作用当当当当Expansion ControlExpansion Control为高电平时，为高电平时，为高电平时，为高电平时，MUXMUX根据地址选择根据地址选择根据地址选择根据地址选择 ININ0 0ININ1515的某一路；为低电平时，所有通道均断开。的某一路；为低电平时，所有通道均断开。的某一路；为低电平时，所有通道均断开。的某一路；为低电平时，所有通道均断开。ADC0816/0817ADC0816/0817内部内部内部内部MUXMUX没有没有没有没有“ “先断后合先断后合先断后合先断后合” ”功能，当功能，当功能，当功能，当MUXMUX 切换时，将要断开的某个通道可能还没完全断开，即将切换时，将要断开的某个通道可能还没完全断开，即将切换时，将要断开的某个通道可能还没完全断开，即将切换时，将要断开的某个通道可能还没完全断开，即将 连通的通道却已连接，此时两个通道将通过连通的通道却已连接，此时两个通道将通过连通的通道却已连接，此时两个通道将通过连通的通道却已连接，此时两个通道将通过MUXMUX发生短发生短发生短发生短 路，这对之前的信号调理电路产生不利的影响。路，这对之前的信号调理电路产生不利的影响。路，这对之前的信号调理电路产生不利的影响。路，这对之前的信号调理电路产生不利的影响。此外，如果地址信号不稳定，会导致此外，如果地址信号不稳定，会导致此外，如果地址信号不稳定，会导致此外，如果地址信号不稳定，会导致MUXMUX的开关抖动，的开关抖动，的开关抖动，的开关抖动， 造成造成造成造成MUXMUX输出产生毛刺。输出产生毛刺。输出产生毛刺。输出产生毛刺。为避免上述现象，可利用为避免上述现象，可利用为避免上述现象，可利用为避免上述现象，可利用Expansion ControlExpansion Control引脚，在引脚，在引脚，在引脚，在 MUXMUX的开关稳定之后再连接，确保的开关稳定之后再连接，确保的开关稳定之后再连接，确保的开关稳定之后再连接，确保“ “先断后合先断后合先断后合先断后合” ”。地址地址ADDA ADDD地址不稳定期地址不稳定期地址不稳定期地址不稳定期Exp.Exp.ControlControl98第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器二、串行输出二、串行输出8bit A/D转换器转换器 TLC0831TI公司公司TLC0831主要特点主要特点: ? 8bit分辨率，分辨率，SPI串行输出接口串行输出接口? 单通道模拟信号差分输入。如果采用单端输入，单通道模拟信号差分输入。如果采用单端输入，IN-做为做为 模拟地模拟地? 边转换边输出，在转换的同时，串行输出转换结果，转换边转换边输出，在转换的同时，串行输出转换结果，转换 结束输出完毕。结束输出完毕。? 单单+5V供电，输入电压范围为供电，输入电压范围为05V；? 需要外接基准电压，基准可调；需要外接基准电压，基准可调；? 输出时钟为输出时钟为250KHz（标称频率）时，（标称频率）时，Tconv = 32S? 总失调误差总失调误差1LSB? 与与TTL电平兼容，电平兼容，易于与微机总线接口易于与微机总线接口99第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器1、TLC0831管脚功能管脚功能 CS：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。仅当仅当CS有效时有效时TLC0831才才 能正常工作。能正常工作。CS信号的作用类似于信号的作用类似于“启动转换启动转换”，并且在，并且在 转换过程中，逐次比较形成转换过程中，逐次比较形成1位结果之后，位结果之后，TLC0831就输就输 出出1位。在整个转换过程中，位。在整个转换过程中，CS应始终保持低电平。应始终保持低电平。 IN+：模拟电压差分输入端：模拟电压差分输入端 IN-：模拟电压差分输入端（单端输入时作为模拟地）：模拟电压差分输入端（单端输入时作为模拟地） GND：地线：地线 REF：参考电压输入端：参考电压输入端 DO：A/D转换结果数字量输出端转换结果数字量输出端 CLK：实时时钟输入端：实时时钟输入端 VCC：电源，一般接：电源，一般接5VCSIN+IN-GNDVCCCLKDOREF100第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2、TLC0831的工作原理的工作原理? CS负跳变后，为保证输入信号稳定，内部负跳变后，为保证输入信号稳定，内部SAR型型ADC在在 第第第第2 2 2 2个时钟信号个时钟信号个时钟信号个时钟信号开始转换，并在该时钟的下降沿开始输出开始转换，并在该时钟的下降沿开始输出 MSB；以后每来一个时钟转换并输出；以后每来一个时钟转换并输出1位。全部转换完毕位。全部转换完毕 若若CS仍为低电平，持续输出仍为低电平，持续输出LSB；若；若CS再次出现下跳，再次出现下跳， 再次启动转换。再次启动转换。TLC0831工作时序如下：工作时序如下：101第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3、TLC0831与微机系统接口与微机系统接口? 利用利用8255A实现对实现对TLC0831的完全控制的完全控制 （本例需耗费较多的（本例需耗费较多的（本例需耗费较多的（本例需耗费较多的CPUCPU资源）资源）资源）资源）。假设。假设8255A 的端口地址为的端口地址为80H86H，程序如下：，程序如下：ADCADC子程序：子程序：子程序：子程序：ADC_PROCADC_PROC PROCPROC FARFARPUSHPUSH CXCXPUSHFPUSHF ; ; 被调用的过程需保护被调用的过程需保护FLAGFLAGMOVMOV AL, 00001010BAL, 00001010B ; ; 发发CS=0CS=0，PC5PC5置零置零OUTOUT 86H, AL86H, ALCALLCALL SEND_CLKSEND_CLK ; ; 发第发第1 1个个CLKCLKMOVMOV CX, 8CX, 8LOP1:LOP1: CALLCALL SEND_CLKSEND_CLK ; ; 第第2 2个个CLKCLK开始转换开始转换ININ AL, 84HAL, 84H ; ; 从从从从C C口读结果，结果在口读结果，结果在口读结果，结果在口读结果，结果在ALAL· ·0 0SHRSHR AL, 1AL, 1 ; ; 逻辑右移，逻辑右移，逻辑右移，逻辑右移，ALAL· ·0 0进入进入进入进入CFCFRCLRCL AH, 1AH, 1 ; ; 大循环左移，大循环左移，大循环左移，大循环左移，AHAH· ·0=CF0=CF102第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器LOOPLOOP LOP1LOP1 ; ; 循环循环8 8次完成转换，结果在次完成转换，结果在AHAH中中MOV MOV ALAL, , 00001011B 00001011B ; ; 置置CS=CS=1 1OUTOUT 86H, AL86H, ALPOPFPOPF ; ; 恢复现场恢复现场POPPOP CXCXRETRETADC_PROCADC_PROC ENDPENDP用于产生时钟信号的子程序（对用于产生时钟信号的子程序（对用于产生时钟信号的子程序（对用于产生时钟信号的子程序（对PC4PC4置位复位）：置位复位）：置位复位）：置位复位）：SEND_CLKSEND_CLK PROCPROC FARFARMOVMOV AL, 00001001BAL, 00001001B ; PC; PC4 4 置位置位OUTOUT 86H, AL86H, ALCALLCALL DELAYDELAY ; ; 延时延时MOVMOV AL, 00001000BAL, 00001000B ; PC; PC4 4 复位复位OUTOUT 86H, AL86H, ALCALLCALL DELAYDELAY ; ; 延时延时RETRETSEND_CLKSEND_CLK ENDPENDP103第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器主程序相关片段：主程序相关片段：主程序相关片段：主程序相关片段： MOVMOV AL, 1000AL, 10000 000001 1B B ; ; 初始化，初始化，A A口口B B口方式口方式0 0，方向，方向OUTOUT 86H, AL86H, AL ; ; 随意，随意， C CH H输出，输出，输出，输出，C CL L输入输入输入输入MOVMOV AL, 11101111BAL, 11101111B ; C; C口除口除PCPC4 4 =0=0之外，其余都之外，其余都OUTOUT 84H, AL84H, AL ; ; 置为置为1 1 CALLCALL ADC_PROCADC_PROC ; ; 调用采集子程序调用采集子程序MOVMOV X1, AHX1, AH ; ; 结果赋予字节型变量结果赋予字节型变量X1X1 ; ; 主程序执行其它操作主程序执行其它操作? ? 串行输出串行输出串行输出串行输出ADCADC因其体积小，引脚少，功耗低因其体积小，引脚少，功耗低，控制信号，控制信号因其体积小，引脚少，功耗低因其体积小，引脚少，功耗低，控制信号，控制信号 简单，易于与微机系统接口，应用日益广泛。简单，易于与微机系统接口，应用日益广泛。简单，易于与微机系统接口，应用日益广泛。简单，易于与微机系统接口，应用日益广泛。104第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器三、三、三、三、AD574AAD574A1 1、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标? ADIADI公司经典产品，公司经典产品，公司经典产品，公司经典产品，12bit12bit分辨率，分辨率，分辨率，分辨率，SARSAR型，最快转换型，最快转换型，最快转换型，最快转换 时间为时间为时间为时间为2525? ? ? ?s s，转换误差，转换误差，转换误差，转换误差? ? ? ?1LSB1LSB，需外接采样保持器。，需外接采样保持器。，需外接采样保持器。，需外接采样保持器。? 片内自带精密参考电压基准源和时钟电路。片内自带精密参考电压基准源和时钟电路。片内自带精密参考电压基准源和时钟电路。片内自带精密参考电压基准源和时钟电路。? 输出三态缓冲，输出三态缓冲，输出三态缓冲，输出三态缓冲，12bit12bit数据可以一次或分两次输出，可数据可以一次或分两次输出，可数据可以一次或分两次输出，可数据可以一次或分两次输出，可 直接与直接与直接与直接与1616位或位或位或位或8 8位微处理器接口。位微处理器接口。位微处理器接口。位微处理器接口。? 模拟电压输入范围：单极性为模拟电压输入范围：单极性为模拟电压输入范围：单极性为模拟电压输入范围：单极性为010V010V或或或或020V020V，双极性，双极性，双极性，双极性 为为为为- -5V5V5V5V，- -10V10V10V10V。? 支持短周期工作方式，支持短周期工作方式，支持短周期工作方式，支持短周期工作方式，8bit8bit转换只需转换只需转换只需转换只需1717? ? ? ?s s。? 增益温度系数：增益温度系数：增益温度系数：增益温度系数：10 12.5 ppm/。105第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、结构与引脚、结构与引脚、结构与引脚、结构与引脚（AGND）（DGND）28PIN28PINDIP封DIP封装内部装内部 结构和结构和 引脚图引脚图引脚功能引脚功能引脚名称引脚名称引脚功能引脚功能引脚名称引脚名称106第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3 3、引脚功能和信号定义、引脚功能和信号定义、引脚功能和信号定义、引脚功能和信号定义CSCS：片选信号，低电平有效：片选信号，低电平有效：片选信号，低电平有效：片选信号，低电平有效CECE：片使能信号，高电平有效：片使能信号，高电平有效：片使能信号，高电平有效：片使能信号，高电平有效R/CR/C：读：读：读：读/ /启动信号，启动信号，启动信号，启动信号，“ “高高高高” ”读转换结果，读转换结果，读转换结果，读转换结果，“ “低低低低” ”启动转换启动转换启动转换启动转换12/812/8：输出控制信号，：输出控制信号，：输出控制信号，：输出控制信号，“ “高高高高” ”12bit12bit结果一次输出，结果一次输出，结果一次输出，结果一次输出，“ “低低低低” ”转换转换转换转换 果分果分果分果分2 2次输出次输出次输出次输出STSSTS：状态信号，：状态信号，：状态信号，：状态信号，“ “高高高高” ”正在转换，正在转换，正在转换，正在转换，“ “低低低低” ”转换结束转换结束转换结束转换结束A0A0：有两种含义：有两种含义：有两种含义：有两种含义：? ? 转换时（转换时（转换时（转换时（R/CR/C为低），为低），为低），为低），A0A0为高，启动为高，启动为高，启动为高，启动8 8位位位位A/DA/D转换（短周期转换（短周期转换（短周期转换（短周期 转换）；转换）；转换）；转换）；A0A0为低，启动为低，启动为低，启动为低，启动1212位位位位A/DA/D转换。转换。转换。转换。? ? 当当当当R/CR/C为高并且为高并且为高并且为高并且12/8=012/8=0时：时：时：时：A0A0为高，输出低为高，输出低为高，输出低为高，输出低4 4位数据；位数据；位数据；位数据；A0A0 为低，输出高为低，输出高为低，输出高为低，输出高8 8位数据。位数据。位数据。位数据。107两个都有效时两个都有效时AD574才可工作才可工作第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器REF OUTREF OUT：内部：内部：内部：内部10V10V精密参考基准信号输出精密参考基准信号输出精密参考基准信号输出精密参考基准信号输出REF INREF IN：基准输入：基准输入：基准输入：基准输入（接（接（接（接REF OUTREF OUT，也可接另外的基准），也可接另外的基准），也可接另外的基准），也可接另外的基准）BIP OFFBIP OFF：双极性补偿端，用于调零点：双极性补偿端，用于调零点：双极性补偿端，用于调零点：双极性补偿端，用于调零点DB11DB11DB0DB0：1212位数据输出线位数据输出线位数据输出线位数据输出线10VIN10VIN：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为0 0 10V10V，双极性时为，双极性时为，双极性时为，双极性时为- -5V5V+5V+5V。20VIN20VIN：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为：模拟信号输入，单极性时输入信号幅度范围为0 0 20V20V，双极性时为，双极性时为，双极性时为，双极性时为- -10V10V+10V+10V。VlogicVlogic：5V5V逻辑（控制）电压输入逻辑（控制）电压输入逻辑（控制）电压输入逻辑（控制）电压输入V VCCCC、V VEE EE ：在：在：在：在- -12V12V+12V +12V 到到到到 - -15V15V+15V+15V之间。之间。之间。之间。ACAC：模拟信号公共端，即模拟地：模拟信号公共端，即模拟地：模拟信号公共端，即模拟地：模拟信号公共端，即模拟地DCDC：数字信号公共端，即数字地：数字信号公共端，即数字地：数字信号公共端，即数字地：数字信号公共端，即数字地108第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、满度和零点校正、满度和零点校正、满度和零点校正、满度和零点校正1 1）单极性输入）单极性输入）单极性输入）单极性输入R1调零点，当输入调零点，当输入 为为01/2 LSB时，时， 输出应在输出应在000H 001H之间跳动。之间跳动。R2调满度误差，当调满度误差，当 输入为输入为FSR1/2 LSB 时，输出在时，输出在 FFFHFFEH之间之间 跳动；跳动；109第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器R2调满度误差，当调满度误差，当 输入为输入为1/2 FSR 1/2 LSB 时，输出时，输出 在在FFFHFFEH之之 间跳动；间跳动；R1用于调零点，当用于调零点，当 输入为输入为-1/2 FSR + 1/2 LSB时，输出在时，输出在 000H001H之间跳之间跳 动。动。4 4、满度和零点校正、满度和零点校正、满度和零点校正、满度和零点校正2 2）双极性输入）双极性输入）双极性输入）双极性输入110第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器5 5、AD574AAD574A的工作时序的工作时序的工作时序的工作时序1 1）启动转换）启动转换）启动转换）启动转换待待待待R/CR/CR/CR/C和和和和A0A0A0A0稳定后再有效稳定后再有效稳定后再有效稳定后再有效111第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器5 5、AD574AAD574A的工作时序的工作时序的工作时序的工作时序2 2）读取结果）读取结果）读取结果）读取结果待待待待R/CR/CR/CR/C和和和和A0A0A0A0稳定后再有效稳定后再有效稳定后再有效稳定后再有效112第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器6 6、AD574AAD574A接口设计接口设计接口设计接口设计（1 1）1616位微机总线接口位微机总线接口位微机总线接口位微机总线接口12/8Vlogic当当当当AD574AD574被选中时被选中时被选中时被选中时读有效读有效读有效读有效( (低低低低) )读取结果读取结果读取结果读取结果写有效写有效写有效写有效( (低低低低) )启动转换启动转换启动转换启动转换2 2个反相器的个反相器的个反相器的个反相器的 作用是什么？作用是什么？作用是什么？作用是什么？先明确操先明确操先明确操先明确操 作类型，作类型，作类型，作类型， 究竟是启究竟是启究竟是启究竟是启 动转换还动转换还动转换还动转换还 是读结果是读结果是读结果是读结果 ？再选中？再选中？再选中？再选中 AD574AD574！平时平时平时平时CECE为低电平，当读或写为低电平，当读或写为低电平，当读或写为低电平，当读或写 任何一个有效才变成高电平任何一个有效才变成高电平任何一个有效才变成高电平任何一个有效才变成高电平74xx37374xx37374xx24574xx245113第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器6 6、AD574AAD574A接口设计接口设计接口设计接口设计（2 2）8 8位微机总线接口位微机总线接口位微机总线接口位微机总线接口? ? 与与与与8 8位微机总线连接时需要考虑到问题：位微机总线连接时需要考虑到问题：位微机总线连接时需要考虑到问题：位微机总线连接时需要考虑到问题：? 12bit12bit数据还是要经过数据还是要经过数据还是要经过数据还是要经过D11D0D11D0输出，输出，输出，输出，12/812/8引脚必须接引脚必须接引脚必须接引脚必须接 低电平，低电平，低电平，低电平，12bit12bit数据分成两次读取。数据分成两次读取。数据分成两次读取。数据分成两次读取。 AD574AD574的的的的D11D0D11D0 与与与与8 8位数据总线位数据总线位数据总线位数据总线DB7DB7DB0DB0之间应如何连接？之间应如何连接？之间应如何连接？之间应如何连接？? A0A0为为为为0 0时读取高时读取高时读取高时读取高8 8位，位，位，位，A0A0为为为为1 1时读取低时读取低时读取低时读取低4 4位，位，位，位，A0A0的时序的时序的时序的时序 控制问题控制问题控制问题控制问题? 如何产生所需的如何产生所需的如何产生所需的如何产生所需的CSCS和和和和CECE信号信号信号信号? R/CR/C与与与与CECE的时序控制的时序控制的时序控制的时序控制? STSSTS信号该如何检测或读取信号该如何检测或读取信号该如何检测或读取信号该如何检测或读取? ? 在在在在8 8位微机系统中，更多的是采用一片位微机系统中，更多的是采用一片位微机系统中，更多的是采用一片位微机系统中，更多的是采用一片Intel 8255AIntel 8255A并并并并 行接口与行接口与行接口与行接口与AD574AAD574A相连。相连。相连。相连。114第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ?接口工作原理接口工作原理接口工作原理接口工作原理? 利用利用利用利用Intel 8255AIntel 8255A的的的的A A口（或口（或口（或口（或B B口）读取数据。口）读取数据。口）读取数据。口）读取数据。8255A8255A初始初始初始初始 化成化成化成化成A A口工作在方式口工作在方式口工作在方式口工作在方式0 0，输入；，输入；，输入；，输入；C C口低口低口低口低4 4位输入，高位输入，高位输入，高位输入，高4 4位输位输位输位输 出；出；出；出；B B口留做它用。口留做它用。口留做它用。口留做它用。CPU8位总线位总线D D1111DD4 4D D3 3DD0 0STSSTSCSCSCECER/CR/CA0A012/812/88255APAPA7070PCPC0 0PCPC4 4PCPC5 5PCPC6 6PCPC7 7AD574A? 1212比特结果分两次读，比特结果分两次读，比特结果分两次读，比特结果分两次读，AD574AAD574A的的的的12/812/8接地。接地。接地。接地。D11D0D11D0按按按按 下图方式连接，其中下图方式连接，其中下图方式连接，其中下图方式连接，其中D3D0D3D0与与与与D11D8D11D8连接。连接。连接。连接。? CPUCPU对对对对8255A8255A 的的的的C C口做置位口做置位口做置位口做置位 或复位操作，或复位操作，或复位操作，或复位操作， 由由由由PCPC4 4PCPC7 7产产产产 生所需的控制生所需的控制生所需的控制生所需的控制 信号。信号。信号。信号。115第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器目前目前目前目前SARSAR型型型型 ADCADC芯片发展的几个特点芯片发展的几个特点芯片发展的几个特点芯片发展的几个特点? 由于由于由于由于SARSAR型型型型ADCADC能够较好地兼顾速度与分辨率，目前能够较好地兼顾速度与分辨率，目前能够较好地兼顾速度与分辨率，目前能够较好地兼顾速度与分辨率，目前 基于基于基于基于SARSAR结构的结构的结构的结构的ADCADC分辨率已达分辨率已达分辨率已达分辨率已达1818比特，速度达到比特，速度达到比特，速度达到比特，速度达到 10Msps10Msps。例如：。例如：。例如：。例如：ADIADI公司的公司的公司的公司的AD7626AD7626，能以，能以，能以，能以10Msps10Msps的的的的 转换速度提供转换速度提供转换速度提供转换速度提供16bit16bit分辨率；分辨率；分辨率；分辨率；AD7641AD7641的转换速度为的转换速度为的转换速度为的转换速度为 2Msps2Msps，但其分辨率达，但其分辨率达，但其分辨率达，但其分辨率达18bit18bit。这些这些这些这些ADCADC内部均采用基内部均采用基内部均采用基内部均采用基 于权电容网络的于权电容网络的于权电容网络的于权电容网络的DACDAC，输入无需另接采样保持器。，输入无需另接采样保持器。，输入无需另接采样保持器。，输入无需另接采样保持器。? 数据输出方式有并行、串行和链式（数据输出方式有并行、串行和链式（数据输出方式有并行、串行和链式（数据输出方式有并行、串行和链式（chainchain）等，并以）等，并以）等，并以）等，并以 串行方式较多，有些芯片有多种方式可供选择。串行方式较多，有些芯片有多种方式可供选择。串行方式较多，有些芯片有多种方式可供选择。串行方式较多，有些芯片有多种方式可供选择。? 模拟信号输入方式有单端（低分辨率时较多采用）、模拟信号输入方式有单端（低分辨率时较多采用）、模拟信号输入方式有单端（低分辨率时较多采用）、模拟信号输入方式有单端（低分辨率时较多采用）、 差分或伪差分（高分辨率较多采用）。差分或伪差分（高分辨率较多采用）。差分或伪差分（高分辨率较多采用）。差分或伪差分（高分辨率较多采用）。? 低功耗、小封装和低成本越来越受到重视。低功耗、小封装和低成本越来越受到重视。低功耗、小封装和低成本越来越受到重视。低功耗、小封装和低成本越来越受到重视。116第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器四、四、四、四、CA3306CA3306、CA3318CA3318（早期型号（早期型号（早期型号（早期型号CA3308CA3308）1 1、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标? 由原由原由原由原GEGE旗下的旗下的旗下的旗下的RCARCA公司（现属于公司（现属于公司（现属于公司（现属于IntersilIntersil公司）开发，公司）开发，公司）开发，公司）开发， 闪速型闪速型闪速型闪速型ADCADC，SOSSOS（SiliconSilicon- -onon- -SapphireSapphire）/ CMOS/ CMOS工工工工 艺，既有艺，既有艺，既有艺，既有CMOSCMOS的低功耗，又具有的低功耗，又具有的低功耗，又具有的低功耗，又具有SOSSOS的高速性。的高速性。的高速性。的高速性。? CA3306CA3306分辨率为分辨率为分辨率为分辨率为6 bit + 16 bit + 1位位位位OFOF（溢出指示）位，（溢出指示）位，（溢出指示）位，（溢出指示）位， CA3318CA3318为为为为8 bit + 18 bit + 1位位位位OFOF（溢出指示）位。（溢出指示）位。（溢出指示）位。（溢出指示）位。? 转换速度取决于时钟频转换速度取决于时钟频转换速度取决于时钟频转换速度取决于时钟频 率。率。率。率。 CA3306CA3306的转换速度的转换速度的转换速度的转换速度 还与电源电压有关；最还与电源电压有关；最还与电源电压有关；最还与电源电压有关；最 高可达高可达高可达高可达20Msps20Msps以上。以上。以上。以上。 CA3318CA3318为为为为15Msps15Msps，此，此，此，此 时功耗为时功耗为时功耗为时功耗为150mW150mW。117第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、引脚、引脚、引脚、引脚?DIPDIP封装形式的引脚如图：封装形式的引脚如图：封装形式的引脚如图：封装形式的引脚如图：CA3318CA33061½R118第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3 3、CA3306CA3306引脚定义引脚定义引脚定义引脚定义? B6 (MSB) B6 (MSB) B1 (LSB)B1 (LSB)：6bit6bit结果三态锁存输出端。结果三态锁存输出端。结果三态锁存输出端。结果三态锁存输出端。? OverflowOverflow（OFOF）：溢出指示位三态输出端。当输入模）：溢出指示位三态输出端。当输入模）：溢出指示位三态输出端。当输入模）：溢出指示位三态输出端。当输入模 拟信号超过最大量程时，拟信号超过最大量程时，拟信号超过最大量程时，拟信号超过最大量程时，OF=1OF=1。? VDDVDD、VSSVSS：电源和地线，没有区分数字和模拟。电源：电源和地线，没有区分数字和模拟。电源：电源和地线，没有区分数字和模拟。电源：电源和地线，没有区分数字和模拟。电源 电压典型值为电压典型值为电压典型值为电压典型值为+5V+5V，最大不超过，最大不超过，最大不超过，最大不超过7.5V7.5V。? VZVZ：内部自带齐纳二极管参考电压输出，典型值：内部自带齐纳二极管参考电压输出，典型值：内部自带齐纳二极管参考电压输出，典型值：内部自带齐纳二极管参考电压输出，典型值? CE2CE2、CE1CE1：片选信号，当：片选信号，当：片选信号，当：片选信号，当CE2=1CE2=1并且并且并且并且CE1=0CE1=0时，时，时，时， B6B1B6B1脱离高阻，输出结果；但是只要脱离高阻，输出结果；但是只要脱离高阻，输出结果；但是只要脱离高阻，输出结果；但是只要CE2=1CE2=1，OFOF即即即即 可输出。可输出。可输出。可输出。? CLKCLK：输入时钟。：输入时钟。：输入时钟。：输入时钟。? PhasePhase：相位控制。：相位控制。：相位控制。：相位控制。CA3306CA3306内部有工作时钟内部有工作时钟内部有工作时钟内部有工作时钟1 1和和和和2 2，2 2 = = CLKCLKPhasePhase（异或运算）（异或运算）（异或运算）（异或运算）当当当当Phase=1Phase=1时，时，时，时， 2 2与与与与CLKCLK反相；反相；反相；反相；当当当当Phase=0Phase=0时，时，时，时， 2 2与与与与CLKCLK同相。同相。同相。同相。119第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器CLK、Phase与与2和和1的关系的关系异或门异或门编码结果进入输出三态锁存器编码结果进入输出三态锁存器第第N个个样本转换样本转换第第N+1个个样本转换样本转换第第N+2个个样本转换样本转换比较器输出进入比较器输出进入D锁存器锁存器2 2 2 2Phase=0Phase=0Phase=0Phase=0时时时时1 1 1 1? CA3306CA3306内部的时序由内部的时序由内部的时序由内部的时序由2 2或或或或1 1控制。在控制。在控制。在控制。在2 2的上升沿，的上升沿，的上升沿，的上升沿， 输入模拟信号被接到比较器的输入端，在输入模拟信号被接到比较器的输入端，在输入模拟信号被接到比较器的输入端，在输入模拟信号被接到比较器的输入端，在2 2的高电平期的高电平期的高电平期的高电平期 间，比较器逐渐进入稳定，在间，比较器逐渐进入稳定，在间，比较器逐渐进入稳定，在间，比较器逐渐进入稳定，在2 2下降沿，比较器输出被下降沿，比较器输出被下降沿，比较器输出被下降沿，比较器输出被 锁存到锁存到锁存到锁存到D D触发器。到下一个触发器。到下一个触发器。到下一个触发器。到下一个2 2的上升沿，编码结果进入的上升沿，编码结果进入的上升沿，编码结果进入的上升沿，编码结果进入 输出三态锁存器，同时开始新的一轮转换。输出三态锁存器，同时开始新的一轮转换。输出三态锁存器，同时开始新的一轮转换。输出三态锁存器，同时开始新的一轮转换。120第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? CA3306CA3306和和和和CA3318CA3318内部采用了内部采用了内部采用了内部采用了CABCAB（级联自动平衡）（级联自动平衡）（级联自动平衡）（级联自动平衡） 技术对比较器的失调进行技术对比较器的失调进行技术对比较器的失调进行技术对比较器的失调进行AZAZ处理，以提高处理，以提高处理，以提高处理，以提高ADCADC在外界在外界在外界在外界 温度变化时的转换精度。在温度变化时的转换精度。在温度变化时的转换精度。在温度变化时的转换精度。在2 2为低电平期间，比较器为低电平期间，比较器为低电平期间，比较器为低电平期间，比较器 做自动平衡做自动平衡做自动平衡做自动平衡（Auto BalanceAuto Balance）；在此期间，可以输出）；在此期间，可以输出）；在此期间，可以输出）；在此期间，可以输出 前一次的转换结果。前一次的转换结果。前一次的转换结果。前一次的转换结果。? 若此时前一次数据还没有输出完毕怎么办？若此时前一次数据还没有输出完毕怎么办？若此时前一次数据还没有输出完毕怎么办？若此时前一次数据还没有输出完毕怎么办？? 解决方法：用解决方法：用解决方法：用解决方法：用2 2级级级级D D锁存器增加延迟。锁存器增加延迟。锁存器增加延迟。锁存器增加延迟。编码结果进入编码结果进入输出三态锁存器输出三态锁存器第第N个个样本转换样本转换第第N+1个个样本转换样本转换第第N+2个个样本转换样本转换第第N-1个个数据输出数据输出第第N个个数据输出数据输出第第N-2个个数据输出数据输出比较器输出进入比较器输出进入D锁存器锁存器2 2 2 2Phase=0Phase=0Phase=0Phase=0时时时时1 1 1 1121第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?V VREF+REF+、V VREFREF- - ：参考电压输入。：参考电压输入。：参考电压输入。：参考电压输入。?V VIN IN ：单端模拟信号输入。为防止溢出（幅度过：单端模拟信号输入。为防止溢出（幅度过：单端模拟信号输入。为防止溢出（幅度过：单端模拟信号输入。为防止溢出（幅度过 载失真），应有载失真），应有载失真），应有载失真），应有|V|VININ| |V|VREF+REF+| |。?REF CTRREF CTR（RCRC）：电阻分压网络中心抽头。）：电阻分压网络中心抽头。）：电阻分压网络中心抽头。）：电阻分压网络中心抽头。RCRC一般用于参考电压的微调，以减少一般用于参考电压的微调，以减少一般用于参考电压的微调，以减少一般用于参考电压的微调，以减少ADCADC的非的非的非的非 线性误差。线性误差。线性误差。线性误差。若若若若RCRC接不同的参考电压，例如接不同的参考电压，例如接不同的参考电压，例如接不同的参考电压，例如RCRC接接接接V VREF+REF+/4/4， 则则则则V VREF+REF+与与与与RCRC之间的量化电平是之间的量化电平是之间的量化电平是之间的量化电平是RCRC与与与与V VREFREF- -之间之间之间之间 量化电平的量化电平的量化电平的量化电平的3 3倍，实现非均匀量化。倍，实现非均匀量化。倍，实现非均匀量化。倍，实现非均匀量化。在均匀量化情况下，在均匀量化情况下，在均匀量化情况下，在均匀量化情况下， RCRC应通过一个小电容接应通过一个小电容接应通过一个小电容接应通过一个小电容接 地，地，地，地，以尽可能地旁路电阻分压网络可能窜入中以尽可能地旁路电阻分压网络可能窜入中以尽可能地旁路电阻分压网络可能窜入中以尽可能地旁路电阻分压网络可能窜入中 的高频噪声。的高频噪声。的高频噪声。的高频噪声。122第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、CA3318CA3318?CA3318CA3318分辨率为分辨率为分辨率为分辨率为8bit8bit，因此增加了，因此增加了，因此增加了，因此增加了B8 (MSB)B8 (MSB)和和和和B7B7两条两条两条两条 引脚，连同引脚，连同引脚，连同引脚，连同OFOF共有共有共有共有9 9位三态缓冲输出。位三态缓冲输出。位三态缓冲输出。位三态缓冲输出。?DIPDIP封装的封装的封装的封装的CA3318CA3318共有共有共有共有2424条引脚，除了条引脚，除了条引脚，除了条引脚，除了B8B8和和和和B7B7之外，之外，之外，之外， 比比比比CA3306CA3306还多出以下还多出以下还多出以下还多出以下4 4条引脚。条引脚。条引脚。条引脚。? ? ¾ ¾ ¾ ¾R R和和和和¼ ¼ ¼ ¼R R：电阻分压网络的另外两个抽头，用于微调不同幅：电阻分压网络的另外两个抽头，用于微调不同幅：电阻分压网络的另外两个抽头，用于微调不同幅：电阻分压网络的另外两个抽头，用于微调不同幅 度区段的量化电平，以改善度区段的量化电平，以改善度区段的量化电平，以改善度区段的量化电平，以改善ADCADC线性。也可以接不同的参线性。也可以接不同的参线性。也可以接不同的参线性。也可以接不同的参 考电压，实现非均匀量化。考电压，实现非均匀量化。考电压，实现非均匀量化。考电压，实现非均匀量化。? ? V VAA+AA+和和和和V VAAAA：模拟电源和模拟地（请对比：模拟电源和模拟地（请对比：模拟电源和模拟地（请对比：模拟电源和模拟地（请对比CA3306CA3306），），），）， V VAA+AA+接接接接+5V+5V。?此外，此外，此外，此外，CA3318CA3318内部没有自带的参考电压源，因此没有内部没有自带的参考电压源，因此没有内部没有自带的参考电压源，因此没有内部没有自带的参考电压源，因此没有 引脚，取而代之的是第二个模拟信号输入引脚引脚，取而代之的是第二个模拟信号输入引脚引脚，取而代之的是第二个模拟信号输入引脚引脚，取而代之的是第二个模拟信号输入引脚VINVIN。123第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器5 5、应用、应用、应用、应用A) CA3306A) CA3306的典型应用的典型应用的典型应用的典型应用单片单极性单片单极性单片单极性单片单极性基准微调基准微调基准微调基准微调模拟地模拟地模拟地模拟地高频旁路高频旁路高频旁路高频旁路取消输出三态取消输出三态取消输出三态取消输出三态电源退耦电源退耦电源退耦电源退耦读信号应该与读信号应该与读信号应该与读信号应该与CLKCLK信号同步信号同步信号同步信号同步124第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器接地处理（以接地处理（以接地处理（以接地处理（以CA3318CA3318为例）为例）为例）为例）? The analoganalog and digitaldigital supply grounds of a system should be kept separate and only connected at the A/D. This keeps digital ground noise out of the analog signal to be converted. ? Reference drivers, input amps, reference taps, and the VAA supply should be bypassed at the A/D to the analog side of the ground.Analog sideAnalog sideDigital sideDigital side旁路电容：旁路电容：旁路电容：旁路电容：0.10.1f f瓷介电容，瓷介电容，瓷介电容，瓷介电容， 安装时尽可能靠近安装时尽可能靠近安装时尽可能靠近安装时尽可能靠近ADCADC。电源退耦：电源退耦：电源退耦：电源退耦：4.74.7f f 钽电容钽电容钽电容钽电容+10+10电阻电阻电阻电阻125第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器B) B) 两片并联，提高分辨率两片并联，提高分辨率两片并联，提高分辨率两片并联，提高分辨率（以（以（以（以CA3318CA3318为例）为例）为例）为例）+3.2V+3.2VU1U2126第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器?原理：原理：?U1的的VREF+ 接接6.4V，U1的的VREF-和和U2的的VREF+接接3.2V， U2 的的VREF-接地，模拟输入同时接到两个接地，模拟输入同时接到两个ADC的的Vin端，两端，两 ADC使用同一个使用同一个CLK信号，信号，Phase做相同连接。这实际做相同连接。这实际 上是将两个闪速型上是将两个闪速型ADC进行并联扩展。进行并联扩展。?注意：因注意：因注意：因注意：因U2U2的的的的CE2CE2接高电平，接高电平，接高电平，接高电平，U2U2的的的的OFOF始终能够输出。始终能够输出。始终能够输出。始终能够输出。?当当Vin小于小于3.2V时，时，U2没有溢出，没有溢出，OF=0，使得，使得U2的的CE1 和和U1的的CE2都为都为低低低低电平，电平， U1所有输出为三态，所有输出为三态，U2输出输出 B8 B1，结果为，结果为“0B8 B7 B2 B1 ”，共，共9个比特。个比特。?当当Vin大于大于3.2V但小于但小于6.4V时，时， U2溢出，输出溢出，输出OF=1，使，使 得得U2的的CE1和和U1的的CE2都为都为高高高高电平，电平， U2除除OF以外的所以外的所 有输出为三态，有输出为三态，U1输出输出B8 B1，得到转换结果为，得到转换结果为 “1B8 B7 B2 B1 ”，也是，也是9个比特。注意到个比特。注意到U1的的VREF-接在接在 3.2V，这就是正确的转换结果。，这就是正确的转换结果。127第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器C) C) 两片串联，转换速度加倍两片串联，转换速度加倍两片串联，转换速度加倍两片串联，转换速度加倍? ? 原理：原理：原理：原理：? 注意到注意到注意到注意到CA3306CA3306和和和和CA3318CA3318是在是在是在是在2 2 2 2高电平时进行比较高电平时进行比较高电平时进行比较高电平时进行比较 （转换），（转换），（转换），（转换），在在在在2 2 2 2低电平时做自动低电平时做自动低电平时做自动低电平时做自动平衡及数据输出平衡及数据输出平衡及数据输出平衡及数据输出。因。因。因。因 此，可将此，可将此，可将此，可将两片两片两片两片ADCADCADCADC的的的的PhasePhasePhasePhase引脚接不同的电平引脚接不同的电平引脚接不同的电平引脚接不同的电平，使得，使得，使得，使得2 2 2 2片片片片 ADCADCADCADC的转换和输出在的转换和输出在的转换和输出在的转换和输出在时间上交错进行时间上交错进行时间上交错进行时间上交错进行。? 另外，另外，另外，另外，CA3306CA3306和和和和CA3318CA3318的输出是受的输出是受的输出是受的输出是受CE1CE1和和和和CE2CE2控控控控 制。因此应该利用制。因此应该利用制。因此应该利用制。因此应该利用CLKCLK信号对信号对信号对信号对CE1CE1和和和和CE2CE2进行同步控进行同步控进行同步控进行同步控 制，使得其中一片在输出数据时，另一片的输出进入制，使得其中一片在输出数据时，另一片的输出进入制，使得其中一片在输出数据时，另一片的输出进入制，使得其中一片在输出数据时，另一片的输出进入 三态，保证两片三态，保证两片三态，保证两片三态，保证两片ADCADC的输出不发生冲突。的输出不发生冲突。的输出不发生冲突。的输出不发生冲突。? 输入模拟信号同时接在输入模拟信号同时接在输入模拟信号同时接在输入模拟信号同时接在2 2片片片片ADCADC的的的的VinVin端，这样，在端，这样，在端，这样，在端，这样，在 CLKCLK的一个周期内，两个芯片各自完成一次转换和结的一个周期内，两个芯片各自完成一次转换和结的一个周期内，两个芯片各自完成一次转换和结的一个周期内，两个芯片各自完成一次转换和结 果输出，使整体转换速度提高一倍。果输出，使整体转换速度提高一倍。果输出，使整体转换速度提高一倍。果输出，使整体转换速度提高一倍。128第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ?两片串联的原理电路两片串联的原理电路两片串联的原理电路两片串联的原理电路? 根据图示的连接，根据图示的连接，根据图示的连接，根据图示的连接，U1U1内部的内部的内部的内部的2 2 2 2与与与与CLKCLKCLKCLK同相，同相，同相，同相，U2U2U2U2内部的内部的内部的内部的2 2 2 2 与与与与CLKCLKCLKCLK反相。反相。反相。反相。U1U1U1U1和和和和U2U2U2U2的的的的CE1CE1CE1CE1均接地（有效电平）。均接地（有效电平）。均接地（有效电平）。均接地（有效电平）。? CLKCLKCLKCLK为高电平时，为高电平时，为高电平时，为高电平时，U1U1U1U1做转换，其做转换，其做转换，其做转换，其CE2CE2CE2CE2为低电平，为低电平，为低电平，为低电平，U1U1U1U1输出为三输出为三输出为三输出为三态。态。态。态。U2U2U2U2处于自动平处于自动平处于自动平处于自动平 衡，其衡，其衡，其衡，其CE2CE2CE2CE2为高电为高电为高电为高电 平，可输出数据。平，可输出数据。平，可输出数据。平，可输出数据。? CLKCLKCLKCLK为低电平时，为低电平时，为低电平时，为低电平时，U1U1U1U1 的的的的CE2CE2CE2CE2为高电平，可为高电平，可为高电平，可为高电平，可 以输出前一次的转以输出前一次的转以输出前一次的转以输出前一次的转 换结果。此时换结果。此时换结果。此时换结果。此时U2U2U2U2做做做做 转换，其转换，其转换，其转换，其CE2CE2CE2CE2变为低变为低变为低变为低 电平，电平，电平，电平，U2U2U2U2的输出进的输出进的输出进的输出进 入三态。入三态。入三态。入三态。CE1CE2PhaseCLKVinOFB8B7B2B1CE1CE2PhaseCLKVinOFB8B7B2B1ui(t)VDDCLK转转 换换 结结 果果U1U1U2U2129第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器五、五、五、五、ICL7135ICL71354 4½½位位位位双积分型双积分型双积分型双积分型ADCADC1 1、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标? 最早由最早由最早由最早由ICLICL公司（现属于富士通）开发，带有公司（现属于富士通）开发，带有公司（现属于富士通）开发，带有公司（现属于富士通）开发，带有AZAZ的的的的4 4½½ 位位位位BCDBCD码双积分码双积分码双积分码双积分型型型型ADCADC。CMOSCMOS工艺，与工艺，与工艺，与工艺，与TTLTTL电平兼电平兼电平兼电平兼 容。现在生产厂商有容。现在生产厂商有容。现在生产厂商有容。现在生产厂商有MaximMaxim、TITI、IntersilIntersil等。等。等。等。? 差分电压输入差分电压输入差分电压输入差分电压输入，最大非线性误差最大非线性误差最大非线性误差最大非线性误差1LSB1LSB，零点误差小于，零点误差小于，零点误差小于，零点误差小于 10 10 µ µV V，零飘低于，零飘低于，零飘低于，零飘低于0.5 0.5 µ µV/V/，满量程时精度达，满量程时精度达，满量程时精度达，满量程时精度达1/200001/20000 （20,00020,000个计数值中个计数值中个计数值中个计数值中只错只错只错只错1 1个）个）个）个）。? 带有过量程、欠量程和极性指示位，能与自动量程切带有过量程、欠量程和极性指示位，能与自动量程切带有过量程、欠量程和极性指示位，能与自动量程切带有过量程、欠量程和极性指示位，能与自动量程切 换互连。输入阻抗达换互连。输入阻抗达换互连。输入阻抗达换互连。输入阻抗达10109 9，对信号源几乎没有影响。，对信号源几乎没有影响。，对信号源几乎没有影响。，对信号源几乎没有影响。? 极限速度小于每秒极限速度小于每秒极限速度小于每秒极限速度小于每秒3030次，常与次，常与次，常与次，常与LCDLCD或或或或LEDLED显示电路结显示电路结显示电路结显示电路结 合，组成合，组成合，组成合，组成DVM/DPMDVM/DPM（数字电压表（数字电压表（数字电压表（数字电压表/ /面板表）。面板表）。面板表）。面板表）。130第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、引脚和功能定义、引脚和功能定义、引脚和功能定义、引脚和功能定义? V+ V+ 、V V- - ：正负电源端，典型应用：正负电源端，典型应用：正负电源端，典型应用：正负电源端，典型应用 V+ = +5VV+ = +5V，V V- - = =- -5V 5V ? REFERENCE：外接基准电压输入端外接基准电压输入端外接基准电压输入端外接基准电压输入端? ANA. COM.：模拟地模拟地模拟地模拟地? INT OUTINT OUT：积分器输出，：积分器输出，：积分器输出，：积分器输出， 外接积分电容外接积分电容外接积分电容外接积分电容? AZ INAZ IN：外接：外接：外接：外接AZAZ电容电容电容电容? BUF OUTBUF OUT：缓冲器输出，：缓冲器输出，：缓冲器输出，：缓冲器输出， 外接积分电阻外接积分电阻外接积分电阻外接积分电阻? REF CAP-、REF CAP+： 外接基准电压电容外接基准电压电容外接基准电压电容外接基准电压电容? IN LO、IN HI：模拟信号：模拟信号 输入（低、高）输入端输入（低、高）输入端131第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? D5D5D1D1：位扫描选通信号输出端。其中：位扫描选通信号输出端。其中：位扫描选通信号输出端。其中：位扫描选通信号输出端。其中D5D5（MSDMSD）对应万位数选）对应万位数选）对应万位数选）对应万位数选 通，通，通，通，D4D4是千位选通，是千位选通，是千位选通，是千位选通， ，D1D1（LSDLSD）是个位选通。）是个位选通。）是个位选通。）是个位选通。? B8B8、B4B4、B2B2、B1B1：BCDBCD码输出端，采用动态扫描方式输出。码输出端，采用动态扫描方式输出。码输出端，采用动态扫描方式输出。码输出端，采用动态扫描方式输出。? BUSYBUSY：忙。高电平有效，表示正在转换。：忙。高电平有效，表示正在转换。：忙。高电平有效，表示正在转换。：忙。高电平有效，表示正在转换。? CLKCLK：时钟信号。最高时钟不能超过：时钟信号。最高时钟不能超过：时钟信号。最高时钟不能超过：时钟信号。最高时钟不能超过1.2MHz1.2MHz，否则功耗太大。，否则功耗太大。，否则功耗太大。，否则功耗太大。? Digital GNDDigital GND：数字地：数字地：数字地：数字地? R/HR/H：转换：转换：转换：转换/ /保持信号输入保持信号输入保持信号输入保持信号输入? STROBESTROBE：选通信号输出：选通信号输出：选通信号输出：选通信号输出? O. RANGEO. RANGE：过量程，结果超：过量程，结果超：过量程，结果超：过量程，结果超 过过过过20,00020,000时有效（高电平）时有效（高电平）时有效（高电平）时有效（高电平）? U. RANGEU. RANGE：欠量程，结果小：欠量程，结果小：欠量程，结果小：欠量程，结果小 于于于于1,8001,800时有效（高电平）时有效（高电平）时有效（高电平）时有效（高电平）? POLPOL：极性指示。输入信号为：极性指示。输入信号为：极性指示。输入信号为：极性指示。输入信号为 正极性时为高电平，反之为低正极性时为高电平，反之为低正极性时为高电平，反之为低正极性时为高电平，反之为低 电平。电平。电平。电平。132第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3 3、ICL7135ICL7135工作时序工作时序工作时序工作时序积分器输出积分器输出BUSY过量程过量程欠量程欠量程T0T1T2解：解：解：解：1000010000××××Tc=40msTc=40msTcTc=4=4s s故：故：故：故：F FCLKCLK=250KHz=250KHzTconvTconv=40002=40002××××4 4s s160ms160ms如果要求如果要求如果要求如果要求T T1 1是工频周期是工频周期是工频周期是工频周期20ms20ms 的的的的2 2倍，时钟频率倍，时钟频率倍，时钟频率倍，时钟频率F FCLKCLK应该应该应该应该 如何确定如何确定如何确定如何确定? ? TconvTconv= =？133第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器数据输出时序：数据输出时序：数据输出时序：数据输出时序：134从从D5到到D1，完成一次输出需，完成一次输出需1,000 Count，每个每个T0周期共计反复输出了周期共计反复输出了10次（遍）。次（遍）。第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、ICL7135ICL7135的典型应用的典型应用的典型应用的典型应用1 1）LEDLED数字面板表数字面板表数字面板表数字面板表CLK INCLK IN250KHz250KHzURORSTBR/HDGNDPOLCLKBUSYD1D2D3D4B8B4V-RefAGNDINTAZBUFRC-RC+IN LIN HV+D5B1B2简单简单RC滤波器滤波器135数据输出和显示驱动原理：数据输出和显示驱动原理：B8、B4、B2、B1输出接七段点亮码输出接七段点亮码 译码器，将输出的译码器，将输出的BCD码转换成点亮码。码转换成点亮码。 PO用于极性位驱动，用于极性位驱动， D5D1接接5位数字位，轮流动态驱动，利用位数字位，轮流动态驱动，利用LED余晖效应显示。余晖效应显示。.7段点亮码段点亮码由由Di驱动驱动第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、ICL7135ICL7135的典型应用的典型应用的典型应用的典型应用2 2）与）与）与）与Intel 8255AIntel 8255A接口接口接口接口POLORURD5B8B4B2B1D4D3D2D1STBR/HBUSYICLICL713571351B2B3BSEL1A2A3A1Y2Y3YPA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PC0PC4Intel 8255AIntel 8255AA A口方式口方式口方式口方式0 074LS157说明：说明：74LS157为一个为一个4××2选选1电路，本例只用了其中电路，本例只用了其中3个。个。当当SEL=1时，输出时，输出Y=B；当；当SEL=0时，输出时，输出Y=A。INTR模模 拟拟 部部 分分 略略与与 总总 线线 连连 接接 部部 分分 略略136第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? 工作原理工作原理工作原理工作原理? 转换结束转换结束转换结束转换结束BUSYBUSY变低，经反相后作为中断请求信号。变低，经反相后作为中断请求信号。变低，经反相后作为中断请求信号。变低，经反相后作为中断请求信号。 CPUCPU响应中断后，进入中断服务程序读取结果。响应中断后，进入中断服务程序读取结果。响应中断后，进入中断服务程序读取结果。响应中断后，进入中断服务程序读取结果。? ICL7135ICL7135首先输出首先输出首先输出首先输出D5=1D5=1，以及最高位（万位，以及最高位（万位，以及最高位（万位，以及最高位（万位，MSDMSD） 的的的的B8B4B2B1B8B4B2B1、POLPOL、OROR和和和和URUR；注意到最高位只有；注意到最高位只有；注意到最高位只有；注意到最高位只有0 0 或或或或1 1，也就是只有，也就是只有，也就是只有，也就是只有B1B1有意义。而有意义。而有意义。而有意义。而74LS15774LS157的的的的SELSEL接在接在接在接在 D5D5上上上上，使得，使得，使得，使得74LS15774LS157的的的的Y=BY=B。CPUCPU通过查询通过查询通过查询通过查询PC0PC0，在，在，在，在 PC0=0PC0=0（STBSTB有效）时，从有效）时，从有效）时，从有效）时，从A A口读得一个字节：口读得一个字节：口读得一个字节：口读得一个字节：? ICL7135ICL7135继续依次输出继续依次输出继续依次输出继续依次输出D4=1D4=1、D3=1D3=1、D2=1D2=1、D1=1D1=1， 由于此时由于此时由于此时由于此时D5=0D5=0，74LS15774LS157的的的的Y=AY=A， CPUCPU通过查询通过查询通过查询通过查询 PC0 PC0 ，从，从，从，从A A口顺序读得如下字节：口顺序读得如下字节：口顺序读得如下字节：口顺序读得如下字节：D D7 7D D0 0POPO OROR URUR B1B10 00 00 00 0137第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 可以看出，在可以看出，在可以看出，在可以看出，在CPUCPU读到的结果数据中，低读到的结果数据中，低读到的结果数据中，低读到的结果数据中，低4 4位数据（为位数据（为位数据（为位数据（为 10001000、01000100、00100010和和和和00010001）指示该字节的高）指示该字节的高）指示该字节的高）指示该字节的高4 4位是位是位是位是 D4D4D0D0对应的对应的对应的对应的BCDBCD码。而结果数据的低码。而结果数据的低码。而结果数据的低码。而结果数据的低4 4位若为位若为位若为位若为 00000000，则高，则高，则高，则高4 4位则是位则是位则是位则是POPO、OROR、URUR以及最高位（半以及最高位（半以及最高位（半以及最高位（半 位）的位）的位）的位）的B1B1。高高高高4 4位位位位低低低低4 4位位位位说说说说 明明明明POPO OROR URUR B1B10 00 00 00 0D5=1D5=1，第一次读得的结果，第一次读得的结果，第一次读得的结果，第一次读得的结果B8B8 B4B4 B2B2B1B11 10 00 00 0D4=1D4=1，第二次读得的结果，第二次读得的结果，第二次读得的结果，第二次读得的结果B8B8 B4B4 B2B2B1B10 01 10 00 0D3=1D3=1，第三次读得的结果，第三次读得的结果，第三次读得的结果，第三次读得的结果B8B8 B4B4 B2B2B1B10 00 01 10 0D2=1D2=1，第四次读得的结果，第四次读得的结果，第四次读得的结果，第四次读得的结果B8B8 B4B4 B2B2B1B10 00 00 01 1D1=1D1=1，第五次读得的结果，第五次读得的结果，第五次读得的结果，第五次读得的结果138第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器六、六、六、六、 CS5381CS538124bit24bit立体声音频立体声音频立体声音频立体声音频ADCADC1 1、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标、特点和主要技术指标? CurrisCurris公司开发，内带公司开发，内带公司开发，内带公司开发，内带5 5阶多阶多阶多阶多bitbit- -调制型调制型调制型调制型ADCADC，模拟，模拟，模拟，模拟 输入动态范围：输入动态范围：输入动态范围：输入动态范围：120dB120dB！可为左右输入声道同时产生可为左右输入声道同时产生可为左右输入声道同时产生可为左右输入声道同时产生 24bit24bit、采样频率达、采样频率达、采样频率达、采样频率达216kHz216kHz的串行数据输出。的串行数据输出。的串行数据输出。的串行数据输出。? 谐波总失真谐波总失真谐波总失真谐波总失真( ( Total Harmonic Distortion + NoiseTotal Harmonic Distortion + Noise): ): - -110dB110dB。? 内带高通滤波器和数字漂移校准。内带高通滤波器和数字漂移校准。内带高通滤波器和数字漂移校准。内带高通滤波器和数字漂移校准。? 逻辑工作电压范围逻辑工作电压范围逻辑工作电压范围逻辑工作电压范围2.55 V2.55 V，功耗较大，达，功耗较大，达，功耗较大，达，功耗较大，达260 260 mWmW。? 差分模拟输入结构，带有溢出指示。差分模拟输入结构，带有溢出指示。差分模拟输入结构，带有溢出指示。差分模拟输入结构，带有溢出指示。? 可用于要求宽动态范围、高保真和低噪音的音频可用于要求宽动态范围、高保真和低噪音的音频可用于要求宽动态范围、高保真和低噪音的音频可用于要求宽动态范围、高保真和低噪音的音频/ /视频接视频接视频接视频接 收机、收机、收机、收机、DVDDVD- -R R、CDCD- -R R、数字混音台和效果处理器等。、数字混音台和效果处理器等。、数字混音台和效果处理器等。、数字混音台和效果处理器等。139第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器2 2、内部结构、内部结构、内部结构、内部结构CS5381CS5381与与与与CS5361CS5361（114db114db、192kHz192kHz）结构相似，引脚兼容）结构相似，引脚兼容）结构相似，引脚兼容）结构相似，引脚兼容 。140第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器3 3、引脚定义和功能、引脚定义和功能、引脚定义和功能、引脚定义和功能（按管脚大致序号介绍）（按管脚大致序号介绍）（按管脚大致序号介绍）（按管脚大致序号介绍）? RSTRST：复位，低有效。：复位，低有效。：复位，低有效。：复位，低有效。? M/SM/S：主：主：主：主/ /从模式选择。从模式选择。从模式选择。从模式选择。 CS5361CS5361有有有有MasterMaster和和和和SlaveSlave两种两种两种两种 工作模式。工作模式。工作模式。工作模式。在主模式下，输入时钟在主模式下，输入时钟在主模式下，输入时钟在主模式下，输入时钟MCLKMCLK经内部分频经内部分频经内部分频经内部分频 生成串行数据输出所需的时钟生成串行数据输出所需的时钟生成串行数据输出所需的时钟生成串行数据输出所需的时钟LRCKLRCK和和和和SCLKSCLK（此时这（此时这（此时这（此时这 两个引脚为输出）；两个引脚为输出）；两个引脚为输出）；两个引脚为输出）；在从模式下，在从模式下，在从模式下，在从模式下，LRCKLRCK和和和和 SCLKSCLK由外部提供，并由外部提供，并由外部提供，并由外部提供，并 应由同一个应由同一个应由同一个应由同一个MCLKMCLK经同经同经同经同 步分频获得，步分频获得，步分频获得，步分频获得，LRCKLRCK的的的的 频率为频率为频率为频率为FcFc， SCLKSCLK的的的的 频率应为频率应为频率应为频率应为FcFc的的的的6464倍。倍。倍。倍。141第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? LRCKLRCK（Left Right ClockLeft Right Clock）：确定当前输出的串行数）：确定当前输出的串行数）：确定当前输出的串行数）：确定当前输出的串行数 据是据是据是据是LeftLeft还是还是还是还是RightRight通道。通道。通道。通道。? SCLK SCLK ：串行数据时钟。：串行数据时钟。：串行数据时钟。：串行数据时钟。采用采用采用采用“ “向左看齐向左看齐向左看齐向左看齐” ”（LeftLeft- -JustifiedJustified，MSBMSB在前）格式输在前）格式输在前）格式输在前）格式输 出时，出时，出时，出时，LRCKLRCK和和和和SCLKSCLK的时序关系如下图所示。的时序关系如下图所示。的时序关系如下图所示。的时序关系如下图所示。? MCLKMCLK：- -调制器和数字滤波器所需的时钟输入。调制器和数字滤波器所需的时钟输入。调制器和数字滤波器所需的时钟输入。调制器和数字滤波器所需的时钟输入。? VDVD：数字系统电源，：数字系统电源，：数字系统电源，：数字系统电源，3.35V3.35V? GNDGND（7,187,18）：地线，必须与输入模拟地连接。）：地线，必须与输入模拟地连接。）：地线，必须与输入模拟地连接。）：地线，必须与输入模拟地连接。142第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? VLVL：数据输入输出接口（数字逻辑）电源。：数据输入输出接口（数字逻辑）电源。：数据输入输出接口（数字逻辑）电源。：数据输入输出接口（数字逻辑）电源。? SDOUTSDOUT ：串行数据输出。：串行数据输出。：串行数据输出。：串行数据输出。? MDIVMDIV：MCLKMCLK分频系数选择控制。分频系数选择控制。分频系数选择控制。分频系数选择控制。? HPFHPF：高通滤波器选择。：高通滤波器选择。：高通滤波器选择。：高通滤波器选择。 CS53xxCS53xx系列系列系列系列- -调制型调制型调制型调制型 ADCADC内部均带有高通滤波器，用于消除外部输入电路内部均带有高通滤波器，用于消除外部输入电路内部均带有高通滤波器，用于消除外部输入电路内部均带有高通滤波器，用于消除外部输入电路 以及内部以及内部以及内部以及内部ADCADC产生的失调（产生的失调（产生的失调（产生的失调（offsetsoffsets）。当）。当）。当）。当HPFHPF有效有效有效有效 （低电平）时，允许高通滤波器使能。（低电平）时，允许高通滤波器使能。（低电平）时，允许高通滤波器使能。（低电平）时，允许高通滤波器使能。? I I2 2S/LJS/LJ：串行数据输出格式选择。：串行数据输出格式选择。：串行数据输出格式选择。：串行数据输出格式选择。CS53xxCS53xx系列系列系列系列- -调调调调 制型制型制型制型ADCADC均支持均支持均支持均支持“ “向左看齐向左看齐向左看齐向左看齐” ”和和和和“ “I I2 2S S总线总线总线总线” ”两种串行数据两种串行数据两种串行数据两种串行数据 输出格式。输出格式。输出格式。输出格式。? M0M0、M1M1：速率模式选择。：速率模式选择。：速率模式选择。：速率模式选择。CS5381/5361CS5381/5361有单速、双有单速、双有单速、双有单速、双 和和和和4 4速三种工作模式，通过速三种工作模式，通过速三种工作模式，通过速三种工作模式，通过M0M0和和和和M1M1的编码确定。的编码确定。的编码确定。的编码确定。143第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? OVFLOVFL：溢出（：溢出（：溢出（：溢出（OverflowOverflow）指示，漏极开路输出，检）指示，漏极开路输出，检）指示，漏极开路输出，检）指示，漏极开路输出，检 左右声道是否有幅度过载现象出现。左右声道是否有幅度过载现象出现。左右声道是否有幅度过载现象出现。左右声道是否有幅度过载现象出现。? AINL+AINL+、AINLAINL- -：左声道模拟输入：左声道模拟输入：左声道模拟输入：左声道模拟输入? AINR+AINR+、AINRAINR- -：右声道模拟输入：右声道模拟输入：右声道模拟输入：右声道模拟输入? VAVA：模拟电源：模拟电源：模拟电源：模拟电源（第（第（第（第3 3个电源，注意与前个电源，注意与前个电源，注意与前个电源，注意与前2 2个的区别）个的区别）个的区别）个的区别）? VQVQ：内部静音参考电压输出，典型值：内部静音参考电压输出，典型值：内部静音参考电压输出，典型值：内部静音参考电压输出，典型值2.5V2.5V? FILT+FILT+：参考电压输出。：参考电压输出。：参考电压输出。：参考电压输出。? REF_GNDREF_GND：参考电源地：参考电源地：参考电源地：参考电源地M1M1M0M0ModeMode输出采样速率输出采样速率输出采样速率输出采样速率0 00 0Single-Speed Mode2 kHz - 54 kHz0 01 1Double-Speed Mode50 kHz - 108 kHz1 10 0Quad-Speed Mode100 kHz - 216 kHz1 11 1保留保留保留保留144第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器4 4、CA5381CA5381的时钟与定时的时钟与定时的时钟与定时的时钟与定时? 在在在在MasterMaster模式下，选择不同的采样速率，模式下，选择不同的采样速率，模式下，选择不同的采样速率，模式下，选择不同的采样速率，CA5381CA5381内内内内 对对对对MCLKMCLK的分频系数不同，产生的的分频系数不同，产生的的分频系数不同，产生的的分频系数不同，产生的LRCKLRCK和和和和SCLKSCLK如下如下如下如下 图所示。图所示。图所示。图所示。145÷÷1÷÷2MCLKMCLKLRCKLRCK等于采样速率等于采样速率等于采样速率等于采样速率FsFsSCLKSCLK等于采样速率等于采样速率等于采样速率等于采样速率FsFs××××6464MDIV=0MDIV=0MDIV=1MDIV=1M1M0M1M0第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器SAMPLE RATE (kHz) SAMPLE RATE (kHz) MDIV = 0 MDIV = 0 MDIV = 1 MDIV = 1 MCLK (MHz) MCLK (MHz) MCLK (MHz) MCLK (MHz) 32328.1928.19216.38416.38444.144.111.289611.289622.579222.5792484812.28812.28824.57624.57664648.1928.19216.38416.38488.288.211.289611.289622.579222.5792969612.28812.28824.57624.576176.4176.411.289611.289622.579222.579219219212.28812.28824.57624.57621621613.82413.82427.64827.648? 不同的采样速率以及不同的不同的采样速率以及不同的不同的采样速率以及不同的不同的采样速率以及不同的MDIVMDIV（分频系数选择），（分频系数选择），（分频系数选择），（分频系数选择）， 所需的所需的所需的所需的MCLKMCLKMCLKMCLK速率速率速率速率见下表。见下表。见下表。见下表。146第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 串行输出数据为串行输出数据为串行输出数据为串行输出数据为I I2 2S S总线接口格式总线接口格式总线接口格式总线接口格式或者为或者为或者为或者为“ “向左看齐向左看齐向左看齐向左看齐” ”格式格式格式格式 时，所对应的时，所对应的时，所对应的时，所对应的LRCKLRCK和和和和SCLKSCLK的时钟关系如下：的时钟关系如下：的时钟关系如下：的时钟关系如下：“向左看齐向左看齐” SAI（Serial Audio Interface）格式）格式I I2 2S S总线总线总线总线SAISAI格式格式格式格式（与（与（与（与LJLJ格式区别：晚了一个格式区别：晚了一个格式区别：晚了一个格式区别：晚了一个SCLKSCLK周期）周期）周期）周期）32TSCLK32TSCLK32TSCLK32TSCLK147第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? 串行数据输出格式采用串行数据输出格式采用串行数据输出格式采用串行数据输出格式采用I I2 2S S 或或或或“ “向左看齐向左看齐向左看齐向左看齐” ”格式时，溢出格式时，溢出格式时，溢出格式时，溢出 指示位指示位指示位指示位OVFLOVFL输出与输出与输出与输出与LRCKLRCK和和和和SCLKSCLK的时钟关系如下。的时钟关系如下。的时钟关系如下。的时钟关系如下。I I2 2S S总线总线总线总线SAISAI格式格式格式格式向左看齐向左看齐SAI格式格式148提提提提 前前前前 告告告告 知知知知 下下下下 一一一一 个个个个 通通通通 道道道道 是是是是 否否否否 发发发发 生生生生 溢溢溢溢 出出出出第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器5 5、电源与接地、电源与接地、电源与接地、电源与接地CA5381CA5381CA5381CA5381需要需要需要需要 三种电源输三种电源输三种电源输三种电源输 入。对于任入。对于任入。对于任入。对于任 何高分辨率何高分辨率何高分辨率何高分辨率 的的的的ADCADCADCADC，良好，良好，良好，良好 的接地和电的接地和电的接地和电的接地和电 源退耦是必源退耦是必源退耦是必源退耦是必 不可少的。不可少的。不可少的。不可少的。149最好是单独供电最好是单独供电模拟输入缓冲模拟输入缓冲电路见下页。电路见下页。第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器在在在在CS5381CS5381CS5381CS5381内部，模拟内部，模拟内部，模拟内部，模拟 调制器的采样速率为调制器的采样速率为调制器的采样速率为调制器的采样速率为 6.144MHz6.144MHz6.144MHz6.144MHz，数字滤波，数字滤波，数字滤波，数字滤波 器的截止频率也是器的截止频率也是器的截止频率也是器的截止频率也是 6.144MHz6.144MHz6.144MHz6.144MHz。为了消除。为了消除。为了消除。为了消除 6.144MHz6.144MHz6.144MHz6.144MHz及各次谐波及各次谐波及各次谐波及各次谐波 处的噪声，同时为了处的噪声，同时为了处的噪声，同时为了处的噪声，同时为了 减少模拟信号源的输减少模拟信号源的输减少模拟信号源的输减少模拟信号源的输 出阻抗，出阻抗，出阻抗，出阻抗，CurrisCurrisCurrisCurris公司公司公司公司 建议的模拟输入缓冲建议的模拟输入缓冲建议的模拟输入缓冲建议的模拟输入缓冲 电路如图。电路如图。电路如图。电路如图。注：注：注：注：COGCOG为具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器为具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器为具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器 ，具有容量稳定，介质损耗小的特点。为具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器 ，具有容量稳定，介质损耗小的特点。( (注注注注) )( (注注注注) )( (注注注注) )1506 6、模拟输入缓冲电路、模拟输入缓冲电路、模拟输入缓冲电路、模拟输入缓冲电路第四章第四章第四章第四章第四章第四章 模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器模拟数字转换器? ? ADCADC器件种类繁多，难以一一列举。在面对应用器件种类繁多，难以一一列举。在面对应用器件种类繁多，难以一一列举。在面对应用器件种类繁多，难以一一列举。在面对应用 时，可以到相关厂商的网站查找芯片手册和应用时，可以到相关厂商的网站查找芯片手册和应用时，可以到相关厂商的网站查找芯片手册和应用时，可以到相关厂商的网站查找芯片手册和应用 指南。例如：指南。例如：指南。例如：指南。例如：? http:/http:/www.analog.com/ps/psthandler.aspx?pstidwww.analog.com/ps/psthandler.aspx?pstid=10=10 169&la=169&la=zhzh? http:/para.maximintegrated.com/cn/index.mvp?tree= adconverters? http:/www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/data-converters/ analog-to-digital-converter-products.page? . .本章到此结束，谢谢！本章到此结束，谢谢！本章到此结束，谢谢！本章到此结束，谢谢！151