|
- UID
- 852722
|
把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为A／D（模拟-数字）转换过程，反之则称为D／A（数字-模拟）转换过程，它们是数字信号处理的必 要程序。一般在进行A/D转换之前，需要将模拟信号经抗频混滤波器预处理，变成带限信号，再经A／D转换成为数字信号，最后送入数字信号分析仪或数字计算 机完成信号处理。如果需要，再由D／A转换器将数字信号转换成模拟信号，去驱动计算机外围执行元件或模拟式显示、记录仪等。
A／D转换包括了采样、量化、编码等过程
1）采样
又称为抽样，是利用采样脉冲序列p(t)，从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。n= 0，1…。Ts称为采样间隔，或采样周期，1／Ts = fs 称为采样频率。
由于后续的量化过程需要一定的时间τ，对于随时间变化的模拟输入信号，要求瞬时采样值在时间τ内保持不变，这样才能保证转换的正确性和转换精度，这个过程就是采样保持。正是有了采样保持，实际上采样后的信号是阶梯形的连续函数。
2）量化
又称幅值量化，把采样信号x（nTs）经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。
若取信号x（t）可能出现的最大值A，令其分为D个间隔，则每个间隔长度为R=A／D，R称为量化增量或量化步长。当采样信号x（nTs）落在某一小间隔内，经过舍入或截尾方法而变为有限值时，则产生量化误差，如上图所示。
一般又把量化误差看成是模拟信号作数字处理时的可加噪声，故而又称之为舍入噪声或截尾噪声。量化增量D愈大，则量化误差愈大，量化增量大小，一般取决于计算机A/D卡的位数。例如，8位二进制为28=256，即量化电平R为所测信号最大电压幅值的1／256。
3）编码——将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。
信号x(t)经过上述变换以后，即变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。
(2) AD转换器的技术指标
1) 分辨力
A／D转换器的分辨力用其输出二进制数码的位数来表示。位数越多，则量化增量越小，量化误差越小，分辨力也就越高。常用的有8位、10位、12位、16位、24位、32位等。
例如，某 A／D转换器输入模拟电压的变化范围为-10V～+10V，转换器为8位，若第一位用来表示正、负符号，其余 7位表示信号幅值，则最末一位数字可代表80mV模拟电压（10V×1／27≈80mV），即转换器可以分辨的最小模拟电压为80mV。而同样情况，用一 个10位转换器能分辨的最小模拟电压为20mV（10V×1／29≈80mV）。
2) 转换精度
具有某种分辨力的转换器在量化过程中由于采用了四舍五入的方法，因此最大量化误差应为分辨力数值的一半。如上例8位转换器最大量化误差应为 40mV（80mV×O.5 = 40mV），全量程的相对误差则为0.4％（40mV／10V×100％）。可见，A／D转换器数字转换的精度由最大量化误差决定。实际上，许多转换器末 位数字并不可靠，实际精度还要低一些。
由于含有A／D转换器的模数转换模块通常包括有模拟处理和数字转换两部分，因此整个转换器的精度还应考虑模拟处理部分（如积分器、比较器等）的误差。一般 转换器的模拟处理误差与数字转换误差应尽量处在同一数量级，总误差则是这些误差的累加和。例如，一个10位A／D转换器用其中9位计数时的最大相对量化误 差为29×0. 5≈ 0.l％，若模拟部分精度也能达到0.l％，则转换器总精度可接近0.2％。
3) 转换速度
转换速度是指完成一次转换所用的时间，即从发出转换控制信号开始，直到输出端得到稳定的数字输出为止所用的时间。转换时间越长，转换速度就越低。转换速度 与转换原理有关，如逐位逼近式A／D转换器的转换速度要比双积分式A／D转换器高许多。除此以外，转换速度还与转换器的位数有关，一般位数少的（转换精度 差）转换器转换速度高。目前常用的A／D转换器转换位数有8位、10位、12位、14位、16位等，其转换速度依转换原理和转换位数不同，一般在几微秒至 几百毫秒之间。
由干转换器必须在采样间隔Ts内完成一次转换工作，因此转换器能处理的最高信号频率就受到转换速度的限制。如50us内完成10位A／D转换的高速转换器，这样，其采样频率可高达20kHz。 |
|
