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《數(shù)模混合信號電路設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、數(shù)模混合信號集成電路設計第三講ADC華僑大學·電子與信息工程學院電子工程系楊驍凌朝東xiaoyanghqu@hqu.edu.cnAnalog-To-Digital自然所有的界物理量如聲音、光、溫度等都是以模擬信號的形式存在隨著現(xiàn)代集成電路器件尺寸不斷減小，速度不斷加快，集成度不斷提高，廉價、高速的數(shù)字集成電路大量出現(xiàn),這些數(shù)字集成電路能夠完成相當復雜的數(shù)字信號處理任務數(shù)字信號處理技術具有更多的優(yōu)勢：便于傳輸、計算、存儲等優(yōu)點.一般都采用把復雜的信號處理任務放在數(shù)字域來完成，從而降低整個系統(tǒng)的設計難度、成本和功耗。A/D和D/
2、A是連接模擬和數(shù)字的橋梁ADC/DAC常見的ADC全并行FlashADC逐次逼近(SuccessiveApproximation)ADC流水線(Pipelined)ADCSigmaDeltaADC折疊(Folding)ADC兩步型(Two-StepFlash)ADC內(nèi)插型(Interpolating)ADC算法(Algorithmic)ADC常見的模數(shù)轉換器結構精度與速度的折衷在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中存在兩種信號：①模擬信號—②數(shù)字信號—信號種類被采集物理量的電信號。計算機運算、處理的信息。模擬信號的數(shù)字化處理（ADC基本過程）AD
3、C包括兩個過程：1、采樣（時間離散化）2、量化（幅度離散化）采樣過程（時間離散化）采樣過程即把連續(xù)時間離散化，這一過程必須滿足奈奎斯特采樣定理，即采樣頻率必須大于2倍的奈奎斯特頻率。如果不滿足采樣定理，采樣過程就會產(chǎn)生信號頻譜的混疊。為了避免信號頻譜的混疊，信號在采樣前必須通過一個抗混疊濾波器，把信號變?yōu)橐粋€帶限信號。這個過程可逆。量化（幅度離散化）量化過程就是把模擬信號的連續(xù)幅值離散化，用有限的數(shù)字去表示模擬信號幅值的大小。量化過程是不可逆的，經(jīng)過量化得到的數(shù)字信號不可能不失真地恢復到原來信號，它必定要引入一定的誤差，稱之
4、為量化誤差或量化噪聲。沖激串抽樣?=當時*=當時從頻譜圖可以看出：要使各頻移不重疊，抽樣頻率?s?2?m，?m為f(t)的頻譜F(j?)的最高頻率。否則，?s<2?m，抽樣信號的頻譜會出現(xiàn)混疊。根據(jù)頻域卷積定理：信號重建采樣信號處理中的混疊現(xiàn)象（時域解釋）信號頻率與采樣時鐘頻率的關系采樣系統(tǒng)無法區(qū)分fsignal以及n·fsample±fsignal的信號例：采樣時鐘為6MHz，則用該時鐘采樣1MHz和7MHz的信號結果一樣，用該采樣結果無法恢復出原始信號混疊的頻域解釋混疊：的信號被折疊進fsample/2的信號帶寬內(nèi)乃奎斯
5、特采樣定理：若fsample>2fsig_max，則不會發(fā)生混疊采樣后：采樣前：？混疊現(xiàn)象的解決措施抗混疊（anti-aliasing）濾波器若fsig_max=1/2(fsample)，極限情況，則要求抗混疊濾波器具有“磚墻”特性過采樣可以降低濾波器的要求！實際抗混疊濾波器特性量化量化過程把模擬信號的連續(xù)幅值離散化，用有限的數(shù)字去表示模擬信號幅值的大小。量化過程是不可逆的，經(jīng)過量化得到的數(shù)字信號不可能不失真地恢復原信號，它必定要引入量化誤差或量化噪聲。根據(jù)量化過程中量化器的輸入與輸出的關系，可分為均勻量化和非均勻量化，大多
6、數(shù)模數(shù)轉換器采用均勻量化器。量化誤差的定義量化誤差：模擬輸入與數(shù)字輸出經(jīng)過理想DAC之后的差值，也稱為余量電壓或量化噪聲量化誤差曲線斜坡信號輸入也稱為余量曲線正弦信號輸入ADC一些基本概念表示能夠分辨的最小輸入模擬量表示相鄰的數(shù)字輸出量之間的間隔，量化臺階理想ADC位數(shù)與量化臺階數(shù)M的關系：3bit則有7個量化臺階數(shù)量化器的量化誤差在[0~±Δ/2]之間變化量化噪聲假設量化誤差為加性白噪聲后，可以得到其統(tǒng)計參數(shù)：均值m及方差σ2。均值m表示了量化噪聲的直流分量，方差σ2則表示了除去直流分量后，量化噪聲的平均功率。如果量化噪聲
7、為白噪聲，則其概率密度函數(shù)如圖所示，其代數(shù)表達式為：量化噪聲概率密度函數(shù)量化噪聲en的概率密度函數(shù)（PDF）通?？烧J為量化噪聲為[-D/2,D/2]內(nèi)的均勻分布其均值為0：方差為：即量化噪聲的功率理想ADC的SNR若輸入信號為峰－峰幅值等于2A（幅值為A）的正弦信號，要使量化器不發(fā)生過載，則A的最大值為VFS/2，輸入信號的平均功率為：則量化器理論上能得到的最大信號噪聲比為量化器每增加一位，其SNR增加大約6dB。ADC的動態(tài)范圍假定電路噪聲<<量化噪聲,則動態(tài)范圍定義為也可以用電壓來近似由于實際噪聲以及ADC的非理想特性，
8、達不到最大的動態(tài)范圍ADC性能指標ADC性能指標:靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標？？靜態(tài)性能指標(StaticSpecifications)：靜態(tài)參數(shù)主要表征ADC在靜態(tài)不變的測試環(huán)境下的性能表現(xiàn)，測試時所加的測試信號在ADC轉換時刻保持不變。有時又稱為DC性能。動態(tài)性能指標：主要表征ADC在
