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直接A/D轉(zhuǎn)換器可將模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,這類A/D轉(zhuǎn)換器具有較快的轉(zhuǎn)換速度,其典型電路有并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。而間接A/D轉(zhuǎn)換器則是先將模擬信號轉(zhuǎn)換成某一中間電量(時間或頻率),然后再將中間電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。所以量化的階梯數(shù)也必須適當,可以根據(jù)所需的信噪比(S/N)確定。
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模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級,并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配一個的數(shù)字碼,并確定與輸入信號相對應的代碼。普通的碼制是二進制,它有2的n次方個量級(n為位數(shù)),可依次逐個編號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多,從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準電壓,從高位起逐位與被測電壓反復比較,直到二者達到或接衡(見圖)??刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制,其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的高位Dn-1=1,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個整個量程一半的模擬電壓VS,與輸入電壓Vin相比較,若Vin>VS,則保留這一位;若Vin<Vs,則Dn-1=0。然后使下一位Dn-2=1,與上一次的結(jié)果一起經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與Vin相比較,重復這一過程,直到使D0=1,再與Vin相比較,由Vin>VS還是Vin<V來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后,n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。它主要是一種“與-或”兩級式結(jié)構(gòu)器件,除了具有高速度、高集成度性能之外,其特別的特點就是用戶可定義其邏輯功能。這種直接逐位比較型(又稱反饋比較型)轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換精度很高,但對干擾的抑制能力較差,常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得普遍。
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對任何AD來說,量化后輸出的數(shù)字信號值都是以1LSB的電壓值步進的,介于1LSB之間的電壓將按照一定的規(guī)則進行入位或舍棄,這個過程中造成的誤差被稱為“量化誤差”,量化誤差屬于原理性誤差,是無法消除的。