C (a) 取样保持电路
5
Vi ( b) 输 输 输 输 输 输
-
A
Vo
Vi
+
VT
0
t1
t2
t3
t4
t5 t
C (a) 取样保持电路
Ts
S(t)
S(t)
tw
τC<<tw，故Vs的变
0
化与Vi同步。
Vs
V+ VRP
LF198
VB 2
1
4
0
Vi 3 S(t) 8
-
A
+1
L
30k
S
-
A
+2
5 Vo
Vo
比较器
Dn-1
_ Vp
比较
逐次逼近 寄存器
SAR
时钟
输出 寄存器
VR D0
Dn-1
开始前清零!
即完成一次转换需n+1个时钟周期。
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首先，置DN-1＝“1”，若VP =“H”，则保留
DN-1=“1”；否则，DN-1=“0”。
然后，置DN-2＝“1”，若VP =“H”，则保留
DN-2=“1”；否则，DN-2=“0”。 …… D0位确定，转换结束。
量化误差的大小与量化方式、量化单位、 ADC编码位数、基准电压大小有关。
常用的量化方式：舍入量化和截断量化 两种方式。
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例如：FSR=1V的3位ADC，其分辨率为 1/8V（1LSB）。分别采用舍入量化和截断量 化两种方式，情况如下：
输出
1.5LSB 输出
111 110
1 LSB
A
最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。
编码：将量化结果用数字代码表示出来。 常见有自然二进制编码、二进制补码编码。
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因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值， 它们不可能都正好是量化单位的整数倍，即在 量化时不可避免地会引入量化误差(ε)。
量化误差：有限位ADC产生的输出数据的 等效模拟值与实际输入模拟量之间的差值。
ADC输入是模拟量，输出是数字量； ADC输出的数字量可视为输入电压(电流) 与基准电压(电流)相比所占的比例。
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ADC输出与输入关系可表示如下：
Dout Ain VREF 2n
即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的 最小电压增量VREF/2n相比较，得到与输入模 拟量对应的倍数（取整）。
Y2 Y1 Y0
000 001 010 011 100 101 110 111
量化值
0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V
优点：转换快（仅一个时钟周期）。
不足：n较大时，比较器、分压电阻数量
太大，难以保证其准确性及一致性。
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二、逐次逼近式ADC
Vf Vi
Next
DAC
D0
3位ADC 示意图
输出数字量对 应一个 模拟区间
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＋VCC
VREF
模拟输入 （0－8V）
A/D转换器
GND
输出 0V<000<1V 1V<001<2V 2V<010<3V 3V<011<4V 4V<100<5V 5V<101<6V 6V<110<7V 7V<111<8V
3
§8.3.1 ADC的基本原理
111 110
A -LSB
101
2
101
100
100
011
011
010
010
001
Vin 001
Vin
000 0 1234567 1
000 0 1234567 1
8888888
LSB/2 输 a输 输 输 输 输 输 输
FSR
8888888 FSR
输 b输 输 输 输 输 输 输
输 7.2.3 3输 ADC输 输 输 输 输 输
1/8<Vi<2/8(V)
1/8－2/8 －1LSB
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§8.3.2 ADC的基本原理
一、并行（闪速） ADC
Vi VR
R
R
2n
R
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(2n－1)个
输输输
_
编
_
码
电
路
_
输输输输
Dn-1
锁 存 器
D0
可有输2n7种.2.2输 比较结果
输
输
ADC输
输
输
输
输即n位数字量
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3位并行比较型ADC的转换真值表
优点：技术成熟，精度较高、速度较快。
不足：对Vi中噪声敏感，输入端需用S/H电 路（ADC转换期间Vi要恒定）。
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100kHz 时钟
一、采样和采样定理
ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大 小对应的数字量，该过程称为采样。
采样是否会造成丢失某些信息？
时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)，
如果其频谱在区间(－ωm,ωm)以外为零，则它
可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts<1/2fm)上的样
点值f(nTs)确定。
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即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号 中最高频率fm的两倍（fs ≥2fm），则采样后的 输出信号就能够不失真地恢复出模拟信号。
二、采样/保持电路
模拟量到数字量转 换需要一定时间，在此 期间要求采样所得的样 Vi 值保持不变。这个过程 需有相应电路实现。 S(t)
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-
A
Vo
+
VT
模数转换器及其应用
本次课内容 1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。
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1
§8.3 模数转换器（ADC）
ADC作用：将模拟量转换为数字量。
主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等； (中速)工业控制，实验设备等；(高速)数字通 信、导弹测远等；(超高速)数字音频、视频信 号变换、气象数据分析处理。
Vin
0≤Vin＜1V 1V≤Vin＜2V 2V≤Vin＜3V 3V≤Vin＜4V 4V≤Vin＜5V 5V≤Vin＜6V 6V≤Vin＜7V 7V≤Vin＜8V
I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
1111111 0111111 0011111 0001111 0000111 0000011 0000001 0000000
对应的输入范围
对应的输入范围
数
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字
值
LSB
LSB
2
数字值 LSB ~ 数字值 1 LSB9
舍入量化
截断量化
量化值 量化区间中点 量化区间末端
输出00 1H
最大 误差
量化点误差为0 Vi=1/8V
1/16<Vi<3/16(V)
1/8－1/16; 1/8－3/16
±LSB/2
量化点误差为0 Vi=1/8V
Vo
300
LF198
7
6
C
0
取样时间
t1
tw
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t
( c) 输 输 输 输
t
( d) 输 输 输 输
பைடு நூலகம்
t2
t3
t4
t5
t
保持时间 ( e) 输 输 输 输 输 输
Ts - tw
6
三、量化和编码
模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范畴， 需经量化（将取样值表示为最小数量单位的整 数倍）处理，才能转换为时间上和数值上都为 离散的数字信号。