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adc dac应用宝典 adc dac应用宝典
2010-03-15 上传 大小:1460kb
内容介绍
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电子工程师必备电子书
adc/dac应用设计宝典
目录
第一章 adc与dac概念 …… 1
第二章 adc与dac原理 …… 1-3
第三章 adc与dac基础知识详解 …… 3-43
第四章 adc与dac 实用设计问答 …… 43-45
第五章 20款主流adc/dac器件综合介绍 …… 46-51
第六章 22篇相关技术参考资料 …… 51-56
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第一章 adc与dac概念
什么是adc?
“adc”analog-to-digital converter的缩写,指模/数转换器或者模拟/数字转换器。真实世
界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数
字形式。模/数转换器可以实现这个功能。
什么是dac?
“dac”是digital-to-analog canverter的缩写,指数/模转换器或者数字/模拟转换器。
adc和dac有什么区别?
不,这不是一个“愚弄人的”问题或脑筋急转弯,并且我认为我们的读者都非常清楚模数转换
器(adc)及数模转换器(dac)的基本功能。
但在如何使用这些转换器以及人们的认知度上也存在着哲理性区别。用最简单的话讲,adc是
用来捕获大量未知的信号,并把它转换成已知的描述。相反,dac是接受完全已知的、深刻理
解的描述,然后“简单地”产生等效的模拟数值。
简而言之,dac工作在确定的领域,而adc则工作在随机输入信号和未知性领域,只要输入在
规定的范围内。在传统的信号处理理论中,比如在harry l.van trees的经典著作detection,
estimation, and modulation theory中介绍的那样,信号处理面临着不同程度的挑战。举例
来说,一个特征参数已经相当明了的信号(如受到am调制的模拟信号)与一个充满了许多未知参
数的信号(如受到噪声干扰的雷达反射波)相比,评估起来要容易得多。
因此adc面临的挑战确实要比dac大得多。为了充分发挥adc的功能,特别是较高性能(速度或
精度)的adc,需要采用精心设计的模拟信号调节输入信道,通常还带有与adc本身精确匹配的
adc驱动器。
dac的设计要简单得多。不过这种相对的简单不应让设计师对dac设计产生松懈心理。实际应
用中设计师很容易对dac的模拟输出电路不予以足够的重视,比如在摆率、输出驱动(电压、电
流、范围)等参数和负载故障保护方面,而这样做很容易导致原型评估和产品现场应用时发生令
人头疼的电路和系统级问题。
第二章 adc与dac原理
一、 转换原理
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数字量是用代码按数位组合起来表示的,对于有权码,每位代码都有一定的位权。为了将数字
量转换成模拟量,必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量,然后将这些模拟
量相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现了数字—模拟转换。这就是组成d/a
转换器的基本指导思想。
下图表示了4位二进制数字量与经过d/a转换后输出的电压模拟量之间的对应关系。 由下图还
可看出,两个相邻数码转换出的电压值是不连续的,两者的电压差由最低码位代表的位权值决
定。它是信息所能分辨的最小量,也就是我们所说的用1lsb(least significant bit)表示。
对应于最大输入数字量的最大电压输出值(绝对值),用fsr(full scale range)表示。图中
1lsb=1kv;1fsr=15kv(k为比例系数)。
d/a转换器输入数字量与输出电压的对应关系
二、一般组成
n位d/a转换器的方框图如图所示。
n位d/a转换器方框图
d/a转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。
数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中,数字寄存器输出的各位数码,分别控制
对应位的模拟电子开关,使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值,再由求
和电路将各种权值相加,即得到数字量对应的模拟量。
三、d/a转换器分类
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第三章 adc与dac基础知识详解
本系列文章分为5个部分,第一部分介绍
采样的概念以及奈奎斯特(nyquist)采样准则。第5
部分同样也说明了如何运用欠采样和抗混叠滤波器。
第一部分
图2-1所示为典型的采样数据dsp系统的方框图。在实际模拟到数字的转换之前,模拟信号一
般要经过某些种类的信号调节电路,这些信号要执行像放大、衰减和滤波这样的功能。需要用
低通/带通滤波器把不需要的信号从有用带宽中消除掉,并能防止混叠发生。
图2-1:基本的采样数据系统。
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图2-1所示的系统为一个实时系统,也就是说到adc的信号是以等于fs的速率被连续地采样,
然后adc又以这样的速率向dsp提供新的样本。为了保持实时的工作, dsp必须在采样间隔内
执行所有需要的计算1/fs,并在来自acd的下一个样本出现之前,把输出样本提供给dac。典
型的dsp功能的实例即是数字滤波器。
在fft分析中,数据模块首先被传输到dsp内存中。 fft 在新的数据模块被传输到存储器时被
计算,以便保持实时的操作。在数据传输间隔期间,dsp 必需计算 fft,以便为处理下一个数
据模块做好准备。
要注意的是:只有在dsp数据必须被转换回模拟信号(例如在语音带宽或视频应用)的情况下,才
需要dac。在许多应用中,在最初的a/d转换后,信号要完全地保持数字格式。同样,在一些应
用中,如在cd播放器电子设备中,dsp单独负责产生到dac的信号。如果采用
dac ,也必须采用
抗镜像滤波器把镜像频率消除。
在实际的模拟到数字和数字到模拟的转换过程中,涉及到两个关键的概念:离散时间采样和因
量子化产生的有限振幅分辨率。对这两个概念的理解是dsp应用的关键。
模拟信号的离散时间采样
模拟信号的离散时间采样和量子化的概念如图2-1所示。连续的模拟信号必需在离散间隔内被
采样,ts = 1/fs,对它必需加以仔细地选择以确保原始模拟信号的正确表示。很显然,被采用
的样本越多(采样率越快), 数字表示更精确,但是如果被采用的样本越少(采样率越慢),总会
遇到重要信息实际上被丢失的点。这让我们提出了如图2-2中给出的奈奎斯特定律。
图2-2: 奈奎斯特定律。
简单地说,奈奎斯特定律要求采样频率至少是信号带宽的两倍,否则与信号有关的信息就会丢
失。如果采样频率不到模拟信号带宽的两倍,混叠的现象就会出现。
为了弄明混叠在时域和频域两方面的含意,如图2-3所示,首先要考虑单音正弦波的时域表示。
在这一实例中,采样频率只是稍微比模拟输入频率fa要大一些,并且违反了奈奎斯特定律。要
注意的是实际的样本模式,在等于(fs ?c fa)的更低频率产生了混叠的正弦波。
这种假定的相应的频域表示如图2-4b所示。现在再考虑单频正弦波的频率fa,它是通过理想
脉冲采样器(参见图2-4a)在频率fs上被采样的。如图所示假定fs > 2fa。采样器的频域输出
显示了每个fs倍频周围原始信号的混叠或镜像,也就是说,它处在与 |± kfs ± fa|, k = 1,
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