第四章课件及课堂作业

数据采集

2014/10/10

4.1 A、D转换原理A、D转换的常用方法有： 计数式A、D转换 逐次逼近型A、D转换 双积分式A、D转换 并行A、D转换 串/并行 A、D转换

第4章

模/数转换器

数据采集与控制

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1、按器件工艺结构 3、按转换精度↗组件型↗低精度ADC (8位及8位以下)|混合集成电路型|中精度ADC (9~ 12位)↘单片式↗双极型|高精度ADC (13~ 16位)| MOS型(主要CMOS)↘超高精度ADC (16位以上)↘双极-MOS型 4、按转换速率 2、按工作原理↗低速ADC (≧1ms)↗间接型↗积分型↗单积分|中速ADC (1ms~ 10μ s)| ADC||双积分|高速ADC (10μs~ 1μs)|||四重积分↘超高速ADC (<1μs)|||五重积分|||脉宽调制型||↘电荷平衡型|↘电压-频率变换型 (V-F型)|比较型ADC↗反馈比较型↗逐次逼近型|(直接型)|↘跟踪比较型|↘无反馈比较型↗并行比较型||串行比较型|↘串-并行比较型↘Σ-Δ型ADC型数据采集与控制

ADC分类

并行比较式ADC对于高速，尤其是超高速ADC,几乎都采用并行比较式或是它的改进形式。模拟输入Ui参考电压UR R/2 R a b c可锁存电压比较器段鉴别与门 C0 C1 C2 G1 G1 2nn编码器

过量程信号d1(MSB) d2

数字输出

p R R/2 q

C2n-1 C2n时钟输入fCP

G2n-1

G2n

dn(LSB)

Notes:①理论上讲，转换过程只要一个时钟周期就可得到输出数据；实际上，往往安排两个周期完成一次转换。头一周期—用来采样，把输入信号寄存在可锁存电压比较器中；后一周期—对比较结果进行逻辑编码，并输出数据。②优点—转换速度高；缺点—组成电路复杂价格昂贵。

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设逐次逼近式A/D转换器的基准电压UREF=5.12V,待转换的模拟量电压为4.1V,逐次逼近寄存器 SAR是6位，请根据逐次逼近A/D转换工作原理，填写下表说明转换器的工作过程。次 SAR中 D/A产生去/留码本次操作后数的数码的Uf判断 SAR中的数码 1 2 3 4 5 6 100000 110000 111000 110100 110010 110011 2.56 3.84 4.48 4.16 4.00 4.08留留去去留留 100000 110000 110000 110000 110010 110011

逐次逼近型A、D转换具有较高的转换速度，又有较好的转换精度，是目前应用最多的一种A、D转换。

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双斜积分式ADC复习：积分器

V0 (t )

1 RC

t

0

Vi (t ) dt

t Vi (t ) RC数据采集与控制

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两个阶段2、编码阶段(定值积分 1、采样阶段：阶段) 斜变电压方向与Ui有关 接入UREF,极性由原 K1接通，计数器计满 Ui决定至N1后复零，并借溢 比较器检测到积分器出信号使K2接通。输出电平为零时，发 t1出

信号停止计数。计 U OX Ui数值为N2。

RC

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t1 1 Ui RC RC

t2

0

U REF dt 0

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t1 1 Ui RC RCt2 t1 U REF

t2

0

U REF dt 0N2 N1 Ui U REF

习题：双斜率积分式A/D转换器的参考电压为±15V,在某次转换过程中，积分器的输出波形如下图所示，若时钟脉冲计数器的计数值N1为120,N2为80,则可以推断被测电压为 -10 V。U UOX

Ui

反向积分时间与模拟电压的平均值成正比双斜式转换特点 1)本质上是积分过程，故是平均值转换，故抗干扰能力较强。 2)速度较慢，断续工作。数据采集与控制

0 t N1 N2

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The AD7705/AD7706 are complete analog front ends for low frequency measurement applications. These two-/three-channel devices can accept low level input signals directly from a transducer and produce a serial digital output.

They employ a sigmadelta conversion technique to realize up to 16 bits of no missing codes performance. The selected input signal is applied to a proprietary programmable gain front end based around an analog modulator. The modulator output is processed by an onchip digital filter.它们采用一种∑- 转换技术来实现高达16位的无丢码性能。选中的输入信号被送入一个以模拟调制器为核心的增益可编程专用前端。调制器的输出由一个片上数字过滤器进行处理。

AD7705/AD7706是针对低频测量应用的(一款)完整模拟前端(器件)。该二/三通道器件可直接接收来自传感器的低电平输入信号，并产生串行的数字输出。

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The first notch of this digital filter can be programmed via an on-chip control register allowing adjustment of the filter cutoff and output update rate. The AD7705/AD7706 operate from a single 2.7 V to 3.3 V or 4.75 V to 5.25 V supply.

The AD7705 features two fully differential analog input channels while the AD7706 features three pseudo differential input channels. Both devices feature a differential reference input. AD7705的特点是有两个完全差分模拟输入通道，而 AD7706的特点是有三个伪差分输入通道。两个器件都具有差分基准输入。

通过片上控制寄存器可调整过滤器的截止频率和输出更新速率，从而可对数字过滤器的第一个陷波进行编程。AD7705/AD7706可在单极性2.7 V至 3.3 V或者 4.75 V至 5.25 V供电电压范围内工作。

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