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一文講解ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的原理及轉(zhuǎn)換過程

PCBA方案開發(fā)鼎盛合 ? 來源: PCBA方案開發(fā)鼎盛合 ? 作者: PCBA方案開發(fā)鼎盛 ? 2023-10-23 14:57 ? 次閱讀

ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片主要應(yīng)用于各類精度測量電子產(chǎn)品方案開發(fā)中,在電子秤方案、充氣泵方案以及各類精度測量都可看見它的身影。我們所接觸到的信號都是模擬信號,當我們需要將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號利于存儲和傳輸時,就需要ADC模擬轉(zhuǎn)換芯片幫助我們實現(xiàn)這一功能。ADC芯片全稱Analog-to-Digital Converter(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器),是一個幫助我們將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器芯片。

那么,今天我們就來了解下ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的原理及其轉(zhuǎn)換過程。

ADC的轉(zhuǎn)換原理根據(jù)ADC的電路形式有所不同。 ADC電路通常由兩部分組成,它們是:采樣、保持電路和量化、編碼電路。其中量化、編碼電路是最核心的部件,任何ADC轉(zhuǎn)換電路都必須包含這種電路。 ADC電路的形式很多,通常可以并為兩類:
間接法:它是將采樣-保持的模擬信號先轉(zhuǎn)換成與模擬量成正比的時間或頻率,然后再把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種通常是采用時鐘脈沖計數(shù)器,它又被稱為計數(shù)器式。它的工作特點是:工作速度低,轉(zhuǎn)換精度高,抗干擾能力強。
直接法:通過基準電壓與采樣—保持信號進行比較,從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點是:工作速度高,轉(zhuǎn)換精度容易保證。
模一數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個階段,即采樣、保持、量化和編碼。

1.采樣:采樣是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一步,采樣是將連續(xù)時間信號變成離散時間信號的過程。經(jīng)過采樣,時間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的模擬信號就變成了時間離散、數(shù)值連續(xù)的信號,稱為采樣信號。采樣電路相當于一個模擬開關(guān),模擬開關(guān)周期性地工作。理論上,每個周期內(nèi),模擬開關(guān)的閉合時間趨近于0。在模擬開關(guān)閉合的時刻采樣時刻),我們就“采”到模擬信號的一個“樣本”。

2.量化:量化是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二步,量化是將連續(xù)數(shù)值信號變成離散數(shù)值信號的過程。理論上,經(jīng)過量化,我們就可以將時間離散、數(shù)值連續(xù)的采樣信號變成時間離散、數(shù)值離散的數(shù)字信號。
在電路中,數(shù)字量通常用二進制代碼表示。因此,量化電路的后面有一個編碼電路,將數(shù)字信號的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進制代碼。
然而,量化和編碼總是需要一定時間才能完成,所以,量化電路的前面還要有一個保持電路。保持是將時間離散、數(shù)值連續(xù)的信號變成時間連續(xù)、數(shù)值離散信號的過程。在量化和編碼期間,保持電路相當于一個恒壓源,它將采樣時刻的信號電壓“保持”在量化器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個獨立的單元,但是,工程上保持器總是與采樣器做在一起。兩者合稱采樣保持器。

3.編碼:編碼是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第三步,它指將量化后的離散的數(shù)字信號進行編碼,將各個量化值轉(zhuǎn)換成一定的編碼形式,從而將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成二進制的數(shù)字信號

4.存儲:存儲是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第四步,它指將編碼后的二進制的數(shù)字信號進行存儲,將各個二進制信號存儲到一定的存儲介質(zhì)中,從而將二進制的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成可以被計算機處理的數(shù)字信號。

審核編輯 黃宇

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