活学活用A/D转换器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名:活学活用A/D转换器

定价：38.0元

售价：25.8元,便宜12.2元,折扣67

作者:（日）河合 一,彭刚

出版社：科学出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787030442543

字数：199000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　河合一编著的《活学活用AD转换器》以浅显易懂的方式对模拟信号如何正确地转换为数字信号进行解说。主要内容包括模拟信号处理电路的设计实例、 A／D转换器IC的基础知识、A／D转换器的转换方式、 A／D转换器周边电路设计基础、数据明细表和技术资料的用法、实用A／D转换电路集、A／D转换电路的测定和故障处理方法等。
　　本书可供高等院校计算机、通信、电子信息、自动化等专业师生阅读，也可作为相关技术人员的参考书。

 

 

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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《电子工程师的实践宝典：深入理解与灵活运用》 前言 在日新月异的电子技术浪潮中，一款优秀的产品脱颖而出，它不仅是一本书，更是无数工程师在实际应用中智慧的结晶。它以一种前所未有的深度和广度，系统地剖析了电子系统设计中的核心要素，旨在帮助读者从理论的海洋航行到实践的彼岸，真正做到“活学活用”。本书并非泛泛而谈，而是聚焦于那些贯穿于各种电子设备、传感器系统、信号处理乃至人工智能硬件背后的关键技术和设计理念。 第一部分：数字世界的基础——信号的数字化与模拟信号转换 在当今高度数字化的世界里，我们对信息的处理和存储都离不开数字信号。然而，我们所生活的物理世界，本质上是模拟的。温度、压力、声音、光照……这一切都需要通过模拟信号来感知和度量。如何将这些连续变化的模拟信号转化为计算机能够理解和处理的数字信号，是连接物理世界与数字世界的桥梁。 本书的第一部分，将以严谨的逻辑和丰富的实例，深入浅出地讲解模拟信号数字化过程中至关重要的环节——模数转换（Analog-to-Digital Conversion，ADC）。我们将从最基础的概念讲起，详细阐述ADC的工作原理，包括采样、量化和编码这三个核心步骤。对于每一个步骤，我们都会探究其背后的数学原理和物理实现方式。 采样（Sampling）：我们将会探讨奈奎斯特-香农采样定理，理解为何必须以两倍于最高信号频率的速率进行采样才能避免混叠失真。本书将详细介绍不同采样模式，如周期采样、随机采样和窗口采样，并分析它们在不同应用场景下的优劣。我们将深入研究采样电路的设计，包括采样保持电路（Sample-and-Hold Circuit）的结构和功能，以及其对采样精度的影响。读者将了解到如何根据信号特性选择合适的采样率，并优化采样电路的设计以获得更精确的瞬时值。 量化（Quantization）：量化是将连续的模拟幅度映射到离散的数字值的过程。我们将详细介绍量化误差的产生，并深入分析不同量化位数（Resolution）对量化误差的影响。书中会详细讲解均等量化和非均等量化（例如μ-law和A-law编码），以及它们在音频压缩和语音通信中的应用。读者将理解如何根据应用需求选择合适的量化位数，平衡精度和数据量。 编码（Encoding）：编码是将量化后的数字值转换为特定的二进制码字的过程。本书将详细介绍各种常见的编码格式，如二进制编码、格雷码（Gray Code）以及BCD码。我们将重点分析不同编码格式在数字系统中的应用特点，以及如何选择最适合特定应用的编码方式。 在深入理解了采样、量化和编码的基本原理后，本书将进一步介绍各种主流的ADC架构，并对其进行详细的分析和比较。 逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register ADC, SAR ADC）：我们将深入剖析SAR ADC的工作流程，理解其如何通过一个数模转换器（DAC）和一个比较器逐步逼近输入模拟电压的过程。我们将详细分析SAR ADC的设计考虑因素，包括比较器精度、DAC分辨率和时钟频率对转换速度和精度的影响。读者将了解到SAR ADC的适用范围，以及如何对其进行优化以满足特定的性能指标。 双斜率积分型ADC（Dual-Slope Integrating ADC）：本书将详细讲解双斜率积分型ADC的工作原理，分析其如何通过对输入信号进行积分和反向积分来测量电压。我们将重点阐述双斜率ADC的抗干扰能力，并分析其在精密测量仪器中的优势。读者将了解到其工作流程以及影响其精度的关键因素。 流水线型ADC（Pipeline ADC）：对于需要高采样速率的应用，流水线型ADC是不可或缺的选择。我们将详细介绍流水线型ADC的多级结构，以及每一级如何进行放大、采样和量化。本书将深入分析流水线型ADC的设计挑战，包括误差累积、时钟抖动以及级间匹配问题。读者将理解流水线型ADC的并行处理优势，以及如何设计和优化以实现高速率和高精度。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC：Σ-Δ ADC以其高分辨率和良好的抗混叠性能而闻名。我们将详细解析Σ-Δ调制器的工作原理，包括过采样（Oversampling）和噪声整形（Noise Shaping）技术。本书将深入分析数字滤波器在Σ-Δ ADC中的作用，以及如何设计和优化滤波器以实现卓越的信号质量。读者将了解Σ-Δ ADC的优势，特别是在音频和高精度传感器应用中的表现。 闪速型ADC（Flash ADC）：闪速型ADC以其极快的转换速度而著称。我们将详细分析闪速ADC的并行比较结构，以及大量比较器和电阻梯的使用。本书将探讨闪速ADC的设计权衡，包括功耗、芯片面积和对组件精度的要求。读者将了解闪速ADC在高速数据采集和通信系统中的关键作用。 除了对各种ADC架构的深入讲解，本书还将重点关注ADC的性能指标及其选择依据。我们将详细阐述以下关键指标： 分辨率（Resolution）：ADC能够区分的最小模拟电压变化量，通常以比特（bit）为单位。 采样速率（Sampling Rate）：ADC每秒可以进行的采样次数，单位是赫兹（Hz）或兆赫兹（MHz）。 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）：信号功率与噪声功率的比值，反映了ADC的输出信号纯净度。 有效位数（Effective Number of Bits, ENOB）：衡量ADC在实际工作条件下所能达到的有效分辨率。 非线性度（Non-linearity）：包括差分非线性（Differential Non-linearity, DNL）和积分非线性（Integral Non-linearity, INL），它们描述了ADC的实际输出与理想输出之间的偏差。 失真（Distortion）：包括谐波失真（Harmonic Distortion）和互调失真（Intermodulation Distortion），它们反映了ADC引入的信号频率成分。 功耗（Power Consumption）：ADC在工作时消耗的电能，对于便携式设备尤为重要。 本书将提供一套系统性的方法来指导读者如何根据具体的应用需求，权衡这些性能指标，选择最合适的ADC型号。我们将通过大量的实际案例分析，展示不同应用场景下ADC的选择策略，例如： 音频处理：对动态范围和信噪比有较高要求，Σ-Δ ADC或高分辨率SAR ADC是常见选择。 视频采集：需要极高的采样速率，流水线型ADC或闪速ADC是主流。 工业控制：对精度和稳定性要求较高，双斜率积分型ADC或SAR ADC因其良好的线性度和抗干扰能力而受到青睐。 医疗设备：对精度、低噪声和低功耗有极高要求，Σ-Δ ADC或SAR ADC是理想选择。 通信系统：对采样速率和动态范围有严格要求，需要根据具体通信协议和频率范围来选择合适的ADC。 第二部分：让数字信号重获新生——数模转换与信号生成 数字信号是计算机能够理解和处理的语言，但许多现实世界的输出设备，如扬声器、显示屏、电机驱动等，都需要模拟信号才能工作。因此，将数字信号转换回模拟信号，同样是电子系统设计中不可或缺的一环。 本书的第二部分，将聚焦于数模转换（Digital-to-Analog Conversion，DAC）。我们将从DAC的基本原理入手，详细阐述其工作方式，以及如何将二进制数字代码精确地转换为模拟电压或电流。 DAC的工作原理：我们将深入讲解DAC是如何通过一系列电阻、电流源或电容网络，根据输入的数字码生成对应的模拟输出。我们将分析不同DAC转换技术，如电阻开关网络（R-2R Ladder）、权电流DAC（Weighted Current DAC）和其他先进的结构。 DAC的性能指标：与ADC类似，DAC也有其关键的性能指标，包括分辨率、建立时间（Settling Time）、非线性度、单调性（Monotonicity）等。我们将详细解释这些指标的含义，并探讨它们对DAC输出信号质量的影响。 主流DAC架构：本书将介绍几种主要的DAC架构，并分析其特点： 电阻开关网络DAC：我们将详细讲解R-2R梯形网络DAC的工作原理，分析其优点（如精度高、结构简单）和局限性（如对电阻精度要求高）。 权电流DAC：我们将分析权电流DAC如何利用不同权重的电流源来生成模拟输出，以及其在集成电路设计中的优势。 Σ-Δ DAC：与Σ-Δ ADC类似，Σ-Δ DAC利用过采样和噪声整形技术来实现高分辨率的模拟输出，在音频和通用应用中非常流行。 刷新型DAC：我们将探讨刷新型DAC的工作方式，以及其在显示驱动和图形生成等领域的应用。 在讲解了DAC的基本原理和架构之后，本书将重点讨论DAC的应用。我们将深入分析DAC在以下领域的实际应用： 音频播放：DAC是数字音频播放系统的核心组件，将数字音频文件转换为可听的声音信号。我们将探讨不同DAC技术在音质上的差异，以及如何选择合适的DAC来获得更好的听觉体验。 视频显示：在显示屏驱动中，DAC负责将数字图像信号转换为模拟的亮度、色彩和时序信号，驱动像素发光。我们将分析DAC在视频信号生成中的作用，以及如何满足高分辨率和高刷新率的要求。 波形生成：DAC可以用来生成各种复杂的模拟波形，如正弦波、方波、三角波等，广泛应用于信号源、测试设备和函数发生器中。我们将探讨如何通过编程控制DAC来生成任意波形。 电机控制：在电机驱动系统中，DAC可以将数字控制信号转换为模拟的电压或电流，精确控制电机的转速和扭矩。 传感器激励与信号调理：在一些需要精确模拟信号激励的传感器系统中，DAC可以提供稳定的激励信号，并与ADC协同工作，完成数据的采集和处理。 第三部分：从理论到实践——设计考量与系统集成 仅仅了解ADC和DAC的原理和性能指标是远远不够的，真正的挑战在于如何将这些器件有效地集成到实际的电子系统中，并优化整体的性能。本书的第三部分，将引导读者从理论走向实践，关注系统设计中的关键考量。 噪声与干扰：在模拟信号链中，噪声和干扰是无处不在的敌人，它们会严重影响信号的精度和系统的可靠性。我们将深入探讨各种噪声源（如热噪声、散粒噪声、电源噪声）的产生机制，以及如何通过合理的PCB布局、屏蔽、滤波和接地技术来降低噪声的影响。读者将学习到如何设计低噪声模拟前端，确保ADC能够准确地捕捉微弱的信号。 电源设计：ADC和DAC对电源的质量非常敏感。我们将详细讲解如何设计干净、稳定的电源，包括使用低噪声线性稳压器（LDO）、开关稳压器（Switching Regulator）的滤波技术，以及电源去耦（Decoupling）的重要性。我们将强调不同电源轨的隔离设计，以避免数字电路的噪声耦合到模拟电路。 信号调理：在将模拟信号输入ADC之前，通常需要进行信号调理，包括放大、滤波、偏置等。我们将深入讲解各种模拟信号调理电路的设计，如运算放大器（Op-Amp）的应用、低通/高通/带通滤波器（Filter）的设计，以及如何根据信号特性选择合适的调理方案。 时钟系统：ADC和DAC的性能与时钟信号的质量密切相关。我们将详细讨论时钟抖动（Clock Jitter）对ADC采样精度的影响，以及如何选择低抖动时钟源，并进行有效的时钟信号分配。 PCB布局与布线：PCB布局是决定电路性能的关键因素之一。我们将提供一系列关于ADC和DAC在PCB布局上的最佳实践，包括信号路径的优化、地线的处理、电源的分配以及模拟和数字部分的隔离。我们将通过实际的布局案例，展示如何避免信号串扰和接地回流问题。 嵌入式系统集成：本书将探讨ADC和DAC在嵌入式系统中的集成，包括与微控制器（Microcontroller, MCU）或其他SoC（System on Chip）的接口方式，如SPI、I2C、并行接口等。我们将讲解如何编写驱动程序，配置ADC/DAC的工作模式，以及如何进行数据采集和处理。 仿真与验证：在实际硬件开发之前，通过仿真来验证设计是至关重要的。我们将介绍常用的电路仿真工具，并演示如何使用这些工具来模拟ADC/DAC的性能，预测潜在的问题，并优化设计。 功耗优化：在电池供电的便携式设备中，功耗优化是设计的重要考量。我们将探讨如何通过选择低功耗ADC/DAC、优化工作模式、采用间歇性工作等策略来降低功耗。 第四部分：前沿探索与未来展望 随着电子技术的飞速发展，ADC和DAC技术也在不断创新和进步。本书的最后一部分，将带领读者探索一些前沿的技术和未来的发展趋势。 高性能ADC/DAC：我们将介绍一些正在发展的ADC/DAC技术，例如更高分辨率、更高采样速率、更低功耗以及更强的集成度的ADC/DAC。 软件定义无线电（SDR）中的ADC/DAC：SDR技术依赖于高性能的ADC/DAC来处理大带宽的射频信号，我们将探讨SDR对ADC/DAC的特殊要求。 人工智能与机器学习硬件：ADC/DAC在AI加速器和传感器接口中扮演着重要角色，例如用于处理传感器数据和训练神经网络的模拟计算。 物联网（IoT）中的ADC/DAC：低功耗、高集成度和成本效益是IoT设备对ADC/DAC的关键需求，我们将探讨相关技术的发展。 新型ADC/DAC架构：介绍一些正在研究和开发中的新型ADC/DAC架构，它们可能为未来的电子系统带来颠覆性的变革。 结语 《电子工程师的实践宝典：深入理解与灵活运用》旨在成为一本实用性强、信息量大、内容全面的参考书。它不仅仅是理论知识的堆砌，更是将理论与实践紧密结合的典范。通过本书的学习，读者将能够： 深刻理解ADC和DAC的工作原理：掌握信号数字化的核心技术。 熟练评估和选择合适的ADC/DAC器件：能够根据应用需求做出明智的决策。 掌握ADC/DAC在实际系统中的设计与集成技巧：避免常见的工程陷阱，提升设计成功率。 洞察ADC/DAC技术的发展趋势：为未来的技术学习和创新奠定基础。 无论您是初入电子设计领域的学生，还是经验丰富的资深工程师，本书都将是您在数字与模拟世界之间搭建桥梁，实现“活学活用”的宝贵财富。让我们一起探索电子技术的无限可能，用智慧和实践创造更美好的未来！