2024-10-02，星期三，21:41，天气：晴，心情：晴。Hello，大家好啊，真的是好久没见了，上次更新还是在九月份，九月的最后一周出了一周的差，然后继续上了两天班就坐上了回家的高铁，现在是坐在家里发的这篇推文，北方是真的冷，好多人已经穿上羽绒服or棉服了，不过老话说的好：“春捂秋冻”，秋天容易上火，大家还是不用太早穿太厚的衣服，谨防伤风，但是还是要根据自己的体质量力而行，放假的这两天会随缘更新，毕竟放假还是以休息为主吗，假期过后还是会恢复更新频率哒，最后祝祖国母亲生日快乐，祝大家2024年的最后一个假期开心！！！！！

今天继续学习第十四章的内容，主要学习内容包括：A/D转换器的基本概念(分辨率+转换时间+采样定律+量化误差)+A/D转换方法（Flash（同步）型A/D转换器+计数型转换器）。

一、数据转换（续）

1. A/D转换器的基本概念

（1）分辨率：模-数转换器（ADC）将一个连续的模拟信号转换成一系列二进制数字，每个二进制数字代表某个时刻模拟信号的值。ADC的分辨率可以用表示每个模拟信号值得位数来表示，一个4为ADC可以表示16个模拟信号的值(24 = 16)，同理，一个8位ADC能够表示256个模拟信号的值(28 = 256)。位数越多，转换精度越高，分辨率也就越大，因为给定模拟信号可以用更多的值表示（模拟信号本质上就是无穷多个点组成的直线或曲线，所以点越多越接近原始模拟信号）。以下图(a)所示的斜坡模拟电压为例，对于图(b)的3位分辨率的情形，用二进制数只能表示斜坡电压的8个值，通过这8个值来重现斜坡电压只能使用阶跃近似，而使用4位分辨率的ADC能够表示16个不同的值，近似出来的信号也更接近原始模拟信号。

（2）转换时间：ADC的另一个重要特性是转换时间，即将一个模拟信号转换为一个数字信号并不是瞬时完成的，而是需要一定的转换时间，如下图所示，在t0时刻转换开始，在t1时刻转换完成。

（3）采样定理：在A/D转换中，模拟波形在固定点采样，然后将被采样的值转换位二进制数值，由于转换需要花费一定的时间，所以在一定时间周期内，模拟信号的采样数是有限的，例如如果某ADC的转换时间是1ms，则在1s中其可以完成1000次转换，即在一秒内，其可以将1000个不同的模拟值转换成数字形式。为了表示模拟波形，最小采样频率必须大于模拟信号最大频率分量的两倍，该频率称为奈奎斯特频率，在该频率下，一个周期内，一个模拟信号最少采样和转换两次，由此建立了模拟信号的基频。经过D/A转换后，可以使用滤波器来获得与原始信号相同的波形，显然，在模拟信号周期内转换的次数越多，得到的模拟信号就越精确，如下图所示：

（4）量化误差：理想情况下，可以在给定的瞬时确定一个值，并立即将它转换成数字形式，但是，由于转换时间的存在，这实际上是不可能的，因为在转换时间内，输入信号的值可能会发生变化，导致在转换完成时，模拟输入信号的值已经与其开始转换时的值不一样。在转换时间内发生的模拟值的变化量称为量化误差，如下图所示：

避免或减小量化误差的方式就是在ADC的输入端使用采样-保持电路（能够快速采集模拟输入值，然后在一定时间内保持不变），所以使用该电路可以保证在转换时间内采样值不变。

2. A/D转换方法

（1）Flash（同步）型A/D转换器：该方法利用比较器来比较参考电压和模拟输入电压，对于给定的比较器，当输入电压大于参考电压时，会产生一个高电平输出，这种类型的比较器要转换成n位二进制码，只需要2n - 1个比较器。该类型转换器需要的比较器的数量是一个缺点，优点就是转换数量快，如下图为一个3位的A/D转换器，需要的比较器数量为7个：

每个比较器的参考电压由电阻分压网络确定。每个比较器的输出连接到一个优先级编码器的输入端，该编码器由EN端的脉冲进行控制采样，并在其输出端输出一个表示模拟输入值的3位二进制码，二进制码由具有高低电平的最高阶输入确定。采样频率决定二进制码序列表示的ADC模拟输入的精度，在给定时间内采样次数越多，精度就越高。

（2）阶梯式斜坡型D/A转换器：该转换器也称为给数字斜坡式转换器或计数型转换器。其通过一个DAC和一个二进制计数器来缠身模拟输入的数字值，如下图所示。

假设计数器从复位状态开始，此时DAC的输出结果位0；当有模拟电压加到输入端是，如果输入电压大于参考电压（DAC的输出），则比较器就会切换到高电平的输出状态，并启动与门，计数器通过时钟脉冲（CLK）开始以二进制计数，并从DAC产生一个阶梯式参考电压。计数器持续计数，并在参考电压上产生更大的阶跃。当阶梯式参考电压达到模拟输入电压时，比较器返回低电平转台，并禁用与门，因此关闭时钟脉冲并停止计数此时计数器的二进制状态等于参考电压中的二进制数。

 

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