智能AD和DA转换 (美)哈比, pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：智能AD和DA转换

定价：60.00元

作者：(美)哈比,

出版社：科学出版社

出版日期：2013-02-01

ISBN：9787030364968

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.259kg

编辑推荐

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内容提要

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近年来，工业变革带动了数字电路和模拟电路技术的发展。在数模（DA）和模数（AD）的转换中，智能化的概念被提出，用来检测模拟量的缺陷并加以修正。
《智能AD和DA转换》首先介绍了当前数据转换设计领域的发展趋势和所面临的挑战，并在宏观上阐述了智能转换的概念。然后，应用智能转换的概念，结合两个设计实例，解决了具体的设计缺陷。后得出结论：应用智能转换的概念，转换器的芯片面积、功耗、静态精度和动态精度得到了改善，有效地提高了DA和AD的转换性能。
《智能AD和DA转换》适应面广，无论对于该学科的专家、教授、研究生，还是本科生、普通技术人员都有极大的参考价值。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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探秘数字与模拟的边界：信号转换的奥秘与应用 在信息爆炸的时代，数据无处不在，它们以各种形式存在，或连续起伏，或离散跳跃。从我们日常生活中使用的传感器、音频设备，到科学研究中的精密仪器、工业自动化控制系统，数字信号与模拟信号的相互转换扮演着至关重要的角色。它们是连接现实世界与数字世界的桥梁，使得计算机能够理解和处理来自物理世界的模拟信息，并将数字指令转化为物理世界的响应。本书旨在深入剖析这一核心技术——模拟数字转换（ADC）与数字模拟转换（DAC）的原理、设计、实现及其广泛的应用，带领读者穿越数字与模拟的边界，领略信号转换的魅力与智慧。 第一篇：模拟数字转换（ADC）——让模拟世界“听懂”数字语言 模拟信号以连续的电压或电流形式存在，它们能够精确地反映物理量的连续变化。然而，现代电子设备，尤其是数字处理器，只能处理离散的数字信息。ADC的作用，就是将这些连续变化的模拟信号“采样”并“量化”，最终转化为计算机能够识别的二进制数字码。 第一章：ADC的基础概念与关键指标 本章将从最基础的概念出发，解释模拟信号的特性，以及数字信号的离散性。我们将深入探讨ADC工作的基本原理： 采样（Sampling）：如何以一定的频率捕捉模拟信号在时间轴上的离散点。采样率（Sampling Rate）是ADC最重要的参数之一，它直接影响到能够捕捉到的信号最高频率，即奈可维斯特-香农采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）在此环节的重要性。我们将详细解析该定理，并讨论欠采样、过采样等技术。 量化（Quantization）：如何将采样得到的模拟电压值映射到有限个离散的数字级别。量化误差（Quantization Error）是ADC固有的误差来源，我们将分析其产生原因，并介绍如何通过增加分辨率（Resolution）来减小量化误差。分辨率通常以比特（bits）为单位衡量，例如8位、12位、16位ADC。 编码（Encoding）：如何将量化后的数字级别转换为二进制码。我们将介绍常见的编码方式，如二进制补码（Binary Complement）、格雷码（Gray Code）等。 除了基本原理，本章还将详细介绍ADC的关键性能指标，这些指标是评估ADC优劣的根本依据： 分辨率（Resolution）：ADC能够区分的最小模拟电压变化，以比特数表示。更高的分辨率意味着更精细的量化，能够捕捉到更微小的信号变化。 采样率（Sampling Rate）：ADC每秒能够采集多少个模拟样本。这决定了ADC能够处理的信号带宽。 线性度（Linearity）：ADC输出数字码与输入模拟电压之间的理想线性关系偏离程度。我们关注的指标包括积分非线性（Integral Non-Linearity, INL）和微分非线性（Differential Non-Linearity, DNL），它们分别衡量了整个输入范围内的非线性以及相邻量化台阶之间的非线性。 失真（Distortion）：ADC在处理信号时产生的非预期频率成分。总谐波失真（Total Harmonic Distortion, THD）和信号噪声比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）是衡量失真和噪声性能的重要指标。 功耗（Power Consumption）：ADC的工作过程中消耗的电能，对于便携式设备和低功耗应用至关重要。 速度（Speed）：ADC完成一次转换所需的时间，决定了其处理实时信号的能力。 第二章：ADC的典型架构与实现技术 了解了ADC的基础概念和性能指标后，本章将聚焦于实现ADC的各种架构和技术。不同的架构在速度、功耗、分辨率和成本等方面各有优劣，适用于不同的应用场景。 逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register, SAR ADC）：这是最常见也是最经典的ADC架构之一，它通过一个比较器和一个数字-模拟转换器（DAC）来逐步逼近输入模拟电压。SAR ADC的优点是速度和功耗适中，分辨率较高，广泛应用于数据采集系统、测量仪器等。我们将详细解析其工作流程，并探讨影响其性能的关键电路设计。 双重斜率积分型ADC（Dual-Slope Integrating ADC）：这种架构通过对输入电压进行积分，然后用一个参考电压进行反向积分来测量输入电压。双重斜率ADC的优点是精度高，抗干扰能力强，常用于数字万用表等高精度测量设备。我们将分析其工作原理，并讨论如何优化其性能。 流水线型ADC（Pipeline ADC）：流水线ADC将整个转换过程分解为多个阶段，每个阶段完成一部分转换任务，并将结果传递给下一阶段。这种架构能够实现很高的采样率，适用于高速信号处理领域，如数字通信、视频处理等。本章将深入剖析流水线ADC的结构和设计挑战。 Σ-Δ调制器（Sigma-Delta Modulator）：Σ-Δ ADC采用过采样和噪声整形技术，以较低的数字滤波器复杂度实现高分辨率。它们在音频处理、高精度直流测量等领域表现出色。我们将揭示Σ-Δ调制器如何通过噪声整形将量化噪声推移到信号带宽之外。 闪速型ADC（Flash ADC）：闪速ADC使用大量的比较器同时对输入信号进行比较，速度极快，但分辨率通常较低，且功耗较高。它适用于需要极高采样率但对精度要求不高的场合，如示波器、雷达等。 第三章：ADC的设计挑战与优化 ADC的设计并非易事，需要克服诸多挑战，以满足日益严苛的性能要求。本章将探讨ADC设计中面临的关键问题，以及相应的解决策略。 噪声与干扰（Noise and Interference）：电路中的各种噪声源，如热噪声、闪烁噪声，以及外部电磁干扰，都会影响ADC的精度。我们将讨论如何通过电路布局、屏蔽、滤波等技术来抑制噪声。 非线性补偿（Non-linearity Compensation）：ADC的非线性是影响其性能的重要因素。我们将介绍各种非线性测量技术和补偿方法，例如校准、数字信号处理等。 功耗优化（Power Optimization）：在许多应用中，功耗是一个关键的限制因素。我们将探讨各种降低ADC功耗的技术，如动态电压调整、低功耗架构选择等。 速度与分辨率的权衡（Trade-off between Speed and Resolution）：通常情况下，高分辨率的ADC速度较低，而高速度的ADC分辨率较低。本章将深入分析这种权衡关系，并介绍如何在特定应用中找到最佳的平衡点。 制程与工艺（Process and Technology）：不同半导体工艺对ADC的性能有显著影响。我们将讨论CMOS、BiCMOS等工艺对ADC设计的影响，以及如何利用先进工艺提升ADC性能。 第四章：ADC的实际应用 ADC是现代电子系统的基石，其应用范围极其广泛。本章将通过具体的案例，展示ADC在各个领域的关键作用。 数字信号处理器（DSP）与微控制器（MCU）：ADC是连接外部世界与DSP/MCU的传感器接口，处理来自麦克风、摄像头、传感器等模拟信号。 通信系统：在无线通信、光通信等领域，ADC负责将接收到的模拟射频信号数字化，以便进行后续处理。 音频与视频设备：高质量的ADC是实现高保真音频和高清视频的关键，从数码相机、摄像机到MP3播放器、数字电视，无处不在。 医疗仪器：心电图（ECG）、脑电图（EEG）、医学影像设备（如CT、MRI）等都依赖高精度的ADC来捕捉生理信号。 工业自动化与控制：温度传感器、压力传感器、流量计等工业传感器输出的模拟信号需要通过ADC转换为数字信号，用于系统监控和控制。 汽车电子：车载传感器（如氧传感器、速度传感器）产生的模拟信号被ADC数字化，用于发动机控制、安全系统等。 仪器仪表：示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等各种测量仪器都离不开ADC。 第二篇：数字模拟转换（DAC）——让数字指令“化为”现实动作 DAC的作用与ADC相反，它将计算机处理的数字信息，转换成连续变化的模拟信号，从而驱动执行器、产生声音、显示图像等。 第五章：DAC的基础概念与关键指标 本章将介绍DAC的基本工作原理和评价标准。 分辨率（Resolution）：DAC能够输出的模拟电压或电流的最小变化单位，同样以比特数表示。分辨率越高，DAC输出的模拟信号越平滑，越接近理想的连续信号。 转换时间（Conversion Time）：DAC将数字输入转换为模拟输出所需的时间。 线性度（Linearity）：DAC输出模拟信号与输入数字码之间的理想线性关系偏离程度。主要关注积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）。 建立时间（Settling Time）：DAC输出信号达到稳定值所需的时间。 单调性（Monotonicity）：当数字输入增加时，DAC输出的模拟信号也必须相应增加，反之亦然。 第六章：DAC的典型架构与实现技术 DAC同样拥有多种架构，适用于不同的应用需求。 电阻梯形DAC（Resistor Ladder DAC）：这是最基础的DAC结构，利用一组不同阻值的电阻来产生不同的电压电平。我们将介绍R-2R电阻梯形DAC的结构和工作原理。 权电流DAC（Weighted Current DAC）：这种DAC利用不同权重的电流源来产生模拟输出。 通用DAC（General-Purpose DAC）：讨论集成在微控制器、FPGA等器件中的通用DAC模块。 超高分辨率DAC（Ultra-High Resolution DAC）：在音频、视频等领域，需要高动态范围的DAC，我们将探讨实现高分辨率的技术。 第七章：DAC的设计挑战与优化 DAC的设计同样面临一些挑战，尤其是在追求高精度、高速度和低功耗时。 电阻精度与匹配（Resistor Accuracy and Matching）：电阻梯形DAC的精度高度依赖于电阻的精度和匹配度。 毛刺（Glitches）：在数字输入切换时，DAC输出可能会出现短暂的瞬态脉冲，称为毛刺。我们将讨论毛刺的产生原因及其抑制方法。 功耗管理（Power Management）：优化DAC的功耗，尤其是在低功耗应用中。 第八章：DAC的实际应用 DAC是许多电子系统不可或缺的一部分。 音频播放器与音频处理器：DAC将数字音频数据转换成模拟电信号，驱动扬声器或耳机。 视频显示设备：DAC将数字视频信号转换成模拟信号，控制屏幕上的像素亮度与颜色。 函数发生器与信号源：DAC可以用来生成各种任意波形，为测试和测量提供信号。 通信系统：在发送端，DAC将数字基带信号转换成模拟射频信号。 伺服系统与电机控制：DAC可以将数字控制指令转换成驱动电机等执行器的模拟信号。 数据采集系统（作为ADC的补充）：在某些情况下，需要通过DAC输出模拟信号来激励被测对象，然后用ADC进行测量。 第三篇：ADC与DAC的协同工作与未来发展 第九章：ADC与DAC的协同工作 ADC和DAC通常协同工作，形成一个闭环控制系统。我们将通过实例，展示它们如何配合实现复杂的功能。例如，在数字示波器中，ADC将采集到的模拟信号转换为数字信号进行显示和分析；在数字录音设备中，ADC将麦克风的模拟信号数字化，然后DAC将数字信号还原为模拟信号播放。 第十章：ADC与DAC的未来趋势 随着技术的不断进步，ADC和DAC正朝着更高精度、更高速度、更低功耗、更小尺寸和更低成本的方向发展。 集成化与智能化：ADC和DAC将越来越集成到SoC（System on Chip）中，并具备自校准、自诊断等智能功能。 新型架构与技术：新的ADC/DAC架构，如模数混合信号处理（Mixed-Signal Processing）、亚奈可维斯特采样（Sub-Nyquist Sampling）等，将不断涌现。 对新兴技术的需求：物联网（IoT）、人工智能（AI）、5G通信等新兴技术对高性能ADC和DAC提出了更高的要求，推动着相关技术的创新。 通过对ADC和DAC原理、设计、实现和应用的全面讲解，本书旨在为读者提供一个清晰的认识框架，无论是对电子工程专业的学生，还是对信号处理技术感兴趣的工程师，都能从中受益，掌握连接数字世界与模拟世界的关键钥匙。